박영석·이근식·신형준 교수팀
‘다환 방향족 탄화수소’ 일종
질소·붕소 특정 위치에 주입
유기반도체 기능 신물질 개발
UNIST는 박영석·이근식·신형준 교수 공동연구팀이 다환 방향족 탄화수소(Polycyclic Aromatic Hydrocarbon, PAHs) 물질 중 하나인 익센(ixene) 분자를 최초로 합성하는데 성공했다고 26일 밝혔다.
또 질소와 붕소가 첨가(도핑)된 익센을 추가적으로 합성해 이 물질의 유기반도체 재료로서의 가능성을 보였다.
탄소를 기반으로 하는 유기 반도체는 상용화된 실리콘 반도체 소재와 달리 유연하고 가공성이 우수해 플렉서블 소자(device)에 쓰일 수 있다.
대표적인 유기반도체 소재로는 탄소 원자가 여러 개의 육각형 고리모양을 이루고 있는 ‘다환 방향족 탄화수소’로 분자 내부에 자유롭게 움직일 수 있는 전자(delocalized electron)가 있기 때문이다.
공동 연구팀이 합성한 익센도 다환 방향족 탄화수소의 한 종류로 1941년에 익센이라는 이름과 함께 이 분자의 구조가 제안됐지만 당시 알려진 방법으로는 합성이 어려워 실제로 만들어지지는 못했다.
연구팀은 다이아세틸렌(diacetylene) 분자의 ‘고리화 반응’과 팔라듐 촉매를 사용한 ‘탄소-수소 아릴화 반응’을 이용해 익센을 합성하는데 성공했다.
익센 분자의 특정 위치에 질소와 붕소를 도입해 익센 보다 에너지 갭(energy gap)이 좁은 ‘B2N2-ixene’를 합성했다.
박영석 교수는 “붕소와 질소를 동시에 도핑해 탄소-탄소(C-C) 결합 같은 등전자 구조(isoelectronic structure)를 갖으면서도 에너지 갭은 더 좁은 B2N2-ixene 분자를 합성했다”고 설명했다.
박영석 교수는 “익센이라는 새로운 물질을 현대 유기화학을 이용해 합성했다는 점뿐만 아니라 분자의 특정 위치에 원하는 물질을 정확하게 첨가해 물리적 성질을 제어하는 방식을 제안했다는 점에서 의의가 큰 연구”라고 설명했다.
차형석기자 stevecha@ksilbo.co.kr