Ajou News
NEW 화학과 이인환 교수팀, 반도체성 고분자 구조 설계 新합성법 개발
- 2025-07-16
- 222
우리 학교 이인환 교수 연구팀이 반도체성 고분자 소재의 구조를 자유롭게 설계할 수 있는 새로운 합성법을 개발하는 데 성공했다. 이에 전자소자에 활용되는 고분자를 보다 신속하게 제작할 수 있게 되어, 차세대 유기 반도체 개발에 기여할 수 있을 전망이다.
이인환 교수는 세 종류의 단량체를 한 번에 반응시키는 ‘다성분 중합법(Multicomponent Polymerization, MCP)’을 통해 반도체성 고분자 내부의 서열을 정밀하게 제어하고, 다양한 구조를 효율적으로 구현할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
이번 연구는 '할라이드 쌍 기반 다중 성분 중합법을 통한 서열 제어 반도체성 덴드론 고분자의 라이브러리 합성(Versatile Halide-Pair-Driven Multicomponent Polymerization for Library Synthesis of Sequence-Controlled Semiconducting Dendronized Polymers)'이라는 논문으로 <앙게반테 케미(Angewandte Chemie International Edition)> 7월호에 게재됐다. 이번 논문은 우수한 리뷰 평가를 받아, 'Very Important Paper(VIP)'로 선정됐다.
해당 연구에는 아주대 대학원 에너지시스템학과 박사과정의 최해남 학생(위 사진 오른쪽)이 제1저자로 참여했고, 공동저자로 고수민(아주대 에너지시스템학과 석사 졸업)·손세민(아주대 에너지시스템학과 석박사통합과정)·우지수(UNIST 에너지화학공학과 석사과정)·박현우(ETH 취리히 재료과 박사과정)·이동준(아주대 에너지시스템학과 석박사통합과정 졸업) 학생이 함께 했다.
최태림 ETH 취리히 재료과 교수, 곽원진 UNIST 에너지화학공학과 교수, 김환명 아주대 에너지시스템학과 교수는 공동저자로, 이인환 아주대 화학과 교수(위 사진 왼쪽)는 교신저자로 참여했다.
폴리(트라이아릴아민) 고분자(PTAA)는 ▲유기 발광 소자 ▲페로브스카이트 태양전지 ▲전기변색 소자 ▲신축성 전자소자 ▲배터리 전극 등 다양한 유기전자소자에 활용되며, 특히 페로브스카이트 태양전지에서 전공 수송층 재료로 주목받고 있다. 그러나 기존의 고분자 폴리(트리아릴아민) 합성은 반응 중간체를 여러 단계에 걸쳐 합성하고 정제하는 번거로운 과정을 거쳐야 했으며, 이는 상업성과 경제성을 저해하는 주요 요인이었다. 이번 연구의 핵심은 쉽게 구할 수 있는 세 가지 단량체를 한 번에 혼합한 상태에서, 각 단량체의 반응 순서를 정교하게 설계함으로써 반도체성 고분자의 서열을 정밀하게 제어할 수 있는 새로운 중합 전략을 제시한 데 있다.
연구팀은 아릴아민(arylamine)과 두 종류의 아릴 다이할라이드(aryl dihalide) 단량체를 조합해, 세 단량체가 정해진 순서로 연결된 반도체성 고분자 폴리(트라이아릴아민)의 라이브러리 합성에 성공했으며, 이 전략을 확장해 복잡한 구조의 덴드론화 고분자까지 구현함으로써 고분자 구조의 다양성을 크게 넓혔다. 그 결과 전자소자에 활용되는 폴리(트라이아릴아민) 고분자 및 그 파생 구조들을 라이브러리 형태로 신속하게 제작할 수 있게 되어, 차세대 유기 반도체 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.
이인환 아주대 화학과 교수는 “이번 연구 개발을 통해 고가의 폴리 고분자를 단일 반응으로 저렴하고 다양하게 합성할 수 있게 되었다”라며 “유기전자소자의 성능 향상에도 기여할 수 있을 것으로 기대한다”라고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, G-LAMP 프로그램, 유용물질 생산을 위한 Carbon to X 기술개발사업, 선도연구센터(MRC) 사업의 지원을 받아 수행됐다.
순차적 C-N 커플링 반응을 통한 서열 조절 반도체성 고분자의 합성 과정을 보여주는 이미지