[논문 리뷰] Molecular Dysprosium Complexes for White-Light and Near-Infrared Emission Controlled by the Coordination Environment

Dimitrije Mara, Flavia Artizzu외 6명|arXiv (Cornell University)|2021. 08. 25.

Lanthanide and Transition Metal Complexes참고 문헌 58인용 수 16

한 줄 요약

이 연구는 b-디케톤산 라이게이트(L1, L2)와 공리간물(H2O 또는 tppo)를 사용하여 배치 환경을 설계함으로써 조절 가능한 화이트 라이트 발광을 보이는 Dysprosium(III) 복합체를 제시한다. 리간드와 공리간물을 조절함으로써 발광 색상은 차가운 흰빛에서 따뜻한 흰빛으로 이동하며, 이상적인 흰빛에 가까운 CIE 좌표(0.333, 0.333)와 4537 K(따뜻함)에서 18,173 K(차가움)까지 변하는 CCT 값을 나타내며, 동시에 강한 근적외선 발광도 나타낸다.

ABSTRACT

A series of single-molecule dysprosium (Dy 3+) complexes consisting of b diketonate ligands, as water-containing complexes, and the auxiliary triphenylphosphine oxide (tppo)ligand as water free complexes were investigated as potential white light emitters. The coordination environment and choice of the ligands play an important role in the behavior of the yellow and blue emission of the Dy 3+ complexes based on the sensitization efficiency of the Dy 3+ ion by the ligands. By introducing the auxiliary tppo ligand in the complex, the relative intensity of the Dy 3+ emission increases due to a more efficient sensitization of the Dy 3+ ion.

연구 동기 및 목표

• Dy3+ 복합체를 기반으로 색상 조절이 가능한 단일 분자 화이트 라이트 발광체를 개발하기 위해.
• 특히 물과 트리페닐포스포르산 옥사이드(tppo) 공리간물의 차이가 발광 색상과 효율성에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 유기 칼로티노이드(β-디케톤산)를 통한 Dy3+의 효율적 감광화를 최적화하여 효율적인 화이트 라이트 발광을 달성하기 위해.
• 다중 기능적 응용을 위해 동일한 Dy3+ 복합체에서 가시광선과 근적외선(NIR) 발광을 동시에 구현할 수 있는지 탐색하기 위해.

제안 방법

• L1(페닐기 치환체)와 L2(4-클로로페닐기 치환체)라는 두 가지 β-디케톤산 라이게이트를 사용하여 Dy3+ 복합체를 합성하고, H2O 또는 tppo를 공리간물로 첨가하거나 첨가하지 않음.
• 요소 분석, FT-IR, ESI-MS를 통한 특성 분석을 통해 분자 조성과 구조를 확인함.
• 실온에서 광발광(PL) 스펙트로스코피를 수행하여 가시광선 및 NIR 발광 스펙트럼 측정.
• 발광 스펙트럼 기반으로 CIE 색상도 및 CCT 계산을 수행하여 화이트 라이트 품질을 정량화함.
• Dy3+의 발광(노란색, 파란색)과 리간드의 발광(파란색) 강도 비율을 통해 리간드에서 Dy3+로의 에너지 전달 효율 분석.
• 배치 기하학 및 리간드 치환의 영향을 발광 거동과 감광화 효율성과 연관지어 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 b-디케톤산 리간드(L1 대비 L2)의 선택이 Dy3+ 복합체의 화이트 라이트 발광 특성에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 수소화된 물을 tppo로 치환할 경우, Dy3+ 복합체의 CIE 색상도와 CCT가 어느 정도 조절되는가?
• RQ3 리간드의 인광 및 Dy3+의 4F9/2 → 6H13/2(노란색) 및 6H15/2(파란색) 전이가 화이트 라이트 발광을 달성하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ4 Dy3+ 복합체가 동시에 효율적인 화이트 라이트 발광과 강한 근적외선(NIR) 발광을 나타낼 수 있는가?
• RQ5 배치 환경이 유기 리간드에 의한 Dy3+의 감광화 효율성에 어떤 영향을 미치는가?

주요 결과

• DyL1H2O 복합체는 CIE 좌표(0.340, 0.333)와 CCT 5129 K를 나타내며, 차가운 흰빛을 발광함.
• DyL2H2O 복합체는 CCT 18,173 K를 나타내어 매우 차가운 흰빛을 발광하며, CIE 좌표(0.270, 0.249)를 가짐.
• DyL1tppo 복합체는 따뜻한 흰빛을 발광하며, CIE 좌표(0.364, 0.391)와 CCT 4537 K를 기록하여 이상적인 흰빛에 가까움.
• DyL2tppo 복합체는 따뜻한 흰빛을 발광하며, CIE 좌표(0.316, 0.331)와 CCT 6319 K를 나타냄.
• 모든 복합체는 유의미한 근적외선(NIR) 발광을 나타내어 가시광선 및 NIR 영역에서 이중 발광이 가능함을 확인함.
• 물 대신 tppo를 치환함으로써 Dy3+ 발광의 상대 강도가 증가하여 에너지 전달 효율성이 향상됨.