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

"화학실험기법2_Synthesis, Electrochemistry and Luminescences of [Ru(bpy)3]2+"에 대한 내용입니다.
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최초등록일 2024.03.06 최종저작일 2023.10
화학 화학실험 Chemistry synthesis
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화학실험기법2_Synthesis, Electrochemistry and Luminescences of [Ru(bpy)3]2+
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    소개

    "화학실험기법2_Synthesis, Electrochemistry and Luminescences of [Ru(bpy)3]2+"에 대한 내용입니다.

    목차

    1. Abstract
    2. Introduction
    3. Experimental procedure
    4. Result and Discussion
    5. Conclusion
    6. Reference

    본문내용

    Abstract
    본 실험에서는 tris-bipyridylruthenium(II)를 합성하고, Ru(II) complex의 광학적 특징과 electron transfer properties에 대해 알아보았다. Quencher의 농도를 달리하며 얻은 UV-Vis spectra와 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 transfer와 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 와 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.

    참고자료

    · Tang X.; Zhao D.; He J.; Li F.; Peng J.; Zhang M. Quenching of the Electrochemiluminescence of
    · Tris(2,2′-bipyridine)ruthenium(II)/Tri-n-propylamine by Pristine Carbon Nanotube and Its Application
    · to Quantitative Detection of DNA. Anal. Chem. 2013, 85, 3, 1711–1718
    · Prier, C. K.; Rankic, D. A.; MacMillan, D. W. C. Visible Light Photoredox Catalysis with Transition Metal
    · Complexes: Applications in Organic Synthesis. Chem. Rev. 2013, 113, 7, 5322–5363.
    · Demchenko, A. P.; Tomin, V. I.; Chou, P.-T. Breaking the Kasha Rule for More Efficient Photochemistry.
    · Chem. Rev. 2017, 117, 21, 13353–13381.
    · 이화여자대학교, 2023-2 lab manual, 2023, p.6~15
    · 이화여자대학교, 2023-2 lecture ppt, 2023, p.14~28

  • AI와 토픽 톺아보기

    • 1. Synthesis of [Ru(bpy)3]2+
      The synthesis of [Ru(bpy)3]2+ is an important topic in coordination chemistry and photochemistry. This complex is widely used as a photosensitizer, luminescent probe, and redox mediator due to its unique photophysical and electrochemical properties. The synthesis typically involves the reaction of ruthenium(II) chloride with 2,2'-bipyridine (bpy) ligands in an appropriate solvent, such as ethanol or water, under reflux conditions. The resulting [Ru(bpy)3]2+ complex can be isolated as a salt, such as the chloride or hexafluorophosphate salt. The synthetic procedure must be carefully controlled to ensure high purity and yield of the desired complex. Understanding the synthetic methods and factors that influence the formation of [Ru(bpy)3]2+ is crucial for its effective use in various applications, such as solar cells, photocatalysis, and bioimaging.
    • 2. Photophysical properties of [Ru(bpy)3]2+
      The photophysical properties of [Ru(bpy)3]2+ are extensively studied due to their importance in various applications. The complex exhibits a strong metal-to-ligand charge transfer (MLCT) absorption band in the visible region, which allows it to efficiently absorb light and populate the excited state. The excited state is long-lived (on the order of microseconds) and emits luminescence, making [Ru(bpy)3]2+ a useful luminescent probe and sensitizer. The emission properties, such as the emission wavelength, quantum yield, and lifetime, are highly sensitive to the environment and can be influenced by factors such as solvent, temperature, and the presence of quenchers. Understanding the photophysical behavior of [Ru(bpy)3]2+ is crucial for its use in applications like photocatalysis, solar cells, and bioimaging, where the excited-state properties play a crucial role in the overall performance.
    • 3. Quenching of [Ru(bpy)3]2+ emission
      The emission of [Ru(bpy)3]2+ can be quenched by various processes, including energy transfer, electron transfer, and static quenching. The quenching of [Ru(bpy)3]2+ emission is an important topic as it can provide insights into the excited-state dynamics and reactivity of the complex. Quenchers can be organic molecules, metal ions, or other species that can interact with the excited state of [Ru(bpy)3]2+. The quenching process can be used to probe the accessibility of the excited state, the nature of the quenching interactions, and the kinetics of the quenching reactions. Understanding the quenching mechanisms and the factors that influence the quenching efficiency is crucial for the design and optimization of [Ru(bpy)3]2+-based systems in various applications, such as photocatalysis, sensing, and energy conversion.
    • 4. Quenching mechanism of [Ru(bpy)3]2+
      The quenching mechanism of [Ru(bpy)3]2+ is an important topic that has been extensively studied. The excited state of [Ru(bpy)3]2+ can be quenched through various mechanisms, including energy transfer, electron transfer, and static quenching. Energy transfer can occur through Förster or Dexter mechanisms, where the excited state energy of [Ru(bpy)3]2+ is transferred to a suitable acceptor molecule. Electron transfer quenching involves the direct transfer of an electron between the excited [Ru(bpy)3]2+ and the quencher, leading to the formation of redox products. Static quenching occurs when the quencher forms a non-emissive ground-state complex with [Ru(bpy)3]2+, preventing the excited state from being populated. Understanding the specific quenching mechanism is crucial for designing and optimizing [Ru(bpy)3]2+-based systems, as the quenching pathway can have a significant impact on the overall performance and efficiency of the system.
    • 5. Electrochemical properties of [Ru(bpy)3]2+
      The electrochemical properties of [Ru(bpy)3]2+ are an important aspect of its chemistry and have significant implications for its applications. The complex exhibits reversible redox behavior, with the Ru(II) center being oxidized to Ru(III) and the bpy ligands being reduced to their radical anion forms. The redox potentials of [Ru(bpy)3]2+ are sensitive to factors such as the nature of the solvent, the presence of supporting electrolytes, and the specific experimental conditions. Understanding the electrochemical behavior of [Ru(bpy)3]2+ is crucial for its use in electrochemical devices, such as dye-sensitized solar cells, where the redox properties play a key role in the charge transfer and energy conversion processes. Additionally, the electrochemical properties can be used to probe the electronic structure and reactivity of the complex, providing valuable insights into its photophysical and catalytic behavior.

  • 자료후기

      Ai 리뷰
      본 실험은 [Ru(bpy)3]2+의 합성, 광학적 특성 및 전자 전달 과정을 체계적으로 분석하여 photosensitizer로서의 응용 가능성을 확인하였다.

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