화학실험기법2_Synthesis, Electrochemistry and Luminescences of [Ru(bpy)3]2+

Abstract
본 실험에서는 tris-bipyridylruthenium(II)를 합성하고, Ru(II) complex의 광학적 특징과 electron transfer properties에 대해 알아보았다. Quencher의 농도를 달리하며 얻은 UV-Vis spectra왿� Stern-Volmer equation을 통해 kq값도 계산하였다. 또한 [Ru(bpy)3]Cl2의 방출 스펙트럼과 [Fe(H2O)6]3+의 흡수 스펙트럼을 비교하고 깁스 자유 에너지 값을 확인하며 [Ru(bpy)3]Cl2의 quenching 과정이 electron transfer왿� energy transfer 중 electron transfer이 더욱 우세하게 일어남을 확인하고 그 반응 매커니즘도 그려볼 수 있다. 마지막으로 Cyclic voltammetry를 이용해서 [Ru(bpy)3]Cl2과 alkyl amine의 산화 환원 반응을 구체적으로 확인해보며 fluorescence quenching mechanism에서 electron transfer 경로가 지배적임을 확인했다.

Introduction
물질이 빛을 흡수하면 바닥 상태에 있던 전자가 들뜬 상태로 이동하며 전자 전위가 변경된다. 일반적으로, 분자가 들뜬 상태에 있으면 불안정하기 때문에 흡수한 빛의 에너지를 방출하여 안정한 바닥 상태로 돌아가려 하는 경향이 있다. 이렇게 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 전자가 되돌아가는 과정에는 형광, 인광과 같은 방출 방법과 분자간의 충돌에 의해 발생하는 non-radiative 경로, quencher 왿� 상호작용하며 방출되는 경로 등이 있다. 형광의 경우, 전자 전이 과정에서 스핀의 변화가 없이 고유 에너지 상태로 돌아가기 때문에 방출이 매우 빠르다는 특징이 있다. 반면에, 인광은 전자 전이 과정에서 스핀 변화가 포함된 빛을 방출한다. 따라서 빛 방출이 상당한 시간 동안 계속되며 형광보다 오래 지속된다. Kasha’s rule에 의하면 물질이 빛을 흡수하면 바닥상태에 있던 전자가 들뜬 상태로 올라가며, vibration relaxation에 의해 들뜬 상태 중 가장 낮은 에너지를 갖게 된다.1 이때 다시 바닥 상태로 방출이 일어나면 형광이 되는 것이고, 들뜬 상태의 전자가 intersystem crossing을 거쳐 triplet excited state로 스핀 변화를 보이며 전이된 다음 바닥 상태로 돌아온다면 인광이 되는 것이다.