Synthesis, Electrochemistry and Luminescence of [Ru(bpy)3]2+

소개

이화여자대학교 화학실험기법2에서 A+를 받은 레포트입니다.
2019년 가을학기의 화학실험기법2의 경우 화학실험기법1보다 채점 기준이 까다로웠으며 매 실험 전에 치루는 퀴즈를 잘 보셔야 합니다.

목차

1. Abstract

2. Introduction

3. Experimental Method
A. [Ru(bpy)3]Cl2 합성
B. 흡수 스펙트럼 얻기
C. 발광 스펙트럼 얻기
D. 순환전류전압법을 이용한 [Ru(bpy)3]2+의 redox potential과 아민 화합물의 electrocatalytic oxiation

4. Results and Discussion

5. Conclusion

6. References

본문내용

Abstract
본 실험에서는 약한 환원제인 ascorbic acid를 이용해 [Ru(bpy)3]2+를 합성했다. 그 다음으로 합성한 [Ru(bpy)3]2+를 quencher로 이용해 Fe3+의 농도에 따른 [Ru(bpy)3]2+ 용액의 발광 스펙트럼을 측정했다. Stern-Volmer equation을 이용해 계산한 결과 Fe quencher 존재 하에 [Ru(bpy)3]2+의 형광 소광(quenching)의 속도상수를 계산했는데, 해당 값은 상당히 크게 나타났다. 순환전압전류법을 이용해 Alkyl amine과 [Ru(bpy)3]2+ 시스템의 redox potential을 측정한 결과 형광 소광이 일어나는 산화환원 반응의 깁스 자유에너지 변화가 크므로 이 반응은 자발적으로 일어난다는 것을 알 수 있다. 위 일련의 분석 과정을 통해 결론적으로 [Ru(bpy)3]2+의 형광 소광(quenching)은 electron transfer의 메커니즘으로 발생한다는 것을 확인할 수 있다.

Introduction
[Ru(bpy)3]2+는 가시광 영역의 빛을 흡수해 들뜬 상태로 여기될 수 있고, 들뜬 상태의 수명은 1000ns정도로 상당히 긴 편인데다 형광 소광의 효율이 좋기 때문에 감광제(photosensitizer)로서 사용된다. 감광제란 빛을 받아 활성화되는 광촉매의 일종으로, 빛을 흡수하여 여기된 후 기질 분자에게 에너지를 전달하거나 전자를 전달함으로서 기질에 반응을 일으키며, 자기 자신은 반응 전후에 변화하지 않는 물질이다.
[Ru(bpy)3]2+는 single-electron transfer catalyst로 사용될 수 있는데, 들뜬상태가 되면 아주 강한 산화제 또는 환원제가 된다. 광촉매는 산소와 수소를 생성하는 물분해 반응과 이산화탄소를 메테인으로 환원시키는데 쓰일 수 있으며, 따라서 [Ru(bpy)3]2+를 이용하면 가시광을 흡수해 수소연료를 생성할 수 있다.

참고자료

· Department of Chemistry and Nanoscience, Ewha Womans University, Physical Methods in Chemistry 2 Lab Manual, 2019
· Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis 8E, Freeman, 2010, pp. 485-489
· Christopher K. P.; Danica A. R.; David W. C. M.; “Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal Complexes: Applications in Organic Synthesis” J. Am. Chem. Soc. 2013, 113, 5322-5363
· Department of Chemistry and Nanoscience, Ewha Womans University, Physical Methods in Chemistry 2 Lecture PPT, 2019
· https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclic_voltammetry
· Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis 8E, Freeman, 2010, pp. 426-427
· Daniel C. Harris, Quantitative Chemical Analysis 8E, Freeman, 2010, p.380
· James B. N.; Neil. D. D.; “Generation of Chemiluminescence upon Reaction of Aliphatic Amines with Tris(2,2’-bipyridine) ruthenium(Ⅲ)” Anal. Chem. 1987, 59, 865-868