Covalently Linked, Perylene diimide Polydiacetylene Nanofibers Display Enhanced Stability and Photocurrent with Reversible FRET Phenomenon
초록
독특한 구조적·광학적 물성 덕분에 1차원 페릴렌 다이이미드(PDI) 유도체는 광전자 소자 응용에서 주목받아 왔다. 그러나 PDI를 포함하는 자기조립 초분자 시스템은 약한 비공유 π-π 적층, 수소 결합, 소수성 상호작용으로 결합된 초분자 구조를 가지기 때문에 활용에 한계가 있는 경우가 많다. 그 결과 이들은 용액 공정 조건에서 본질적으로 불안정하다. 이 한계를 극복하기 위해, 용매에 강하고 안정한 PDI 집합체를 구성하는 폴리다이아세틸렌(PDA) 기반 전략을 개발하였다. 이를 위해 먼저 두 개의 중합 가능한 다이아세틸렌(DA) 단위가 PDI 코어에 공유 결합된 단량체 PDI-BisDA를 합성하였다. 특히 자기조립된 PDI-BisDA 나노섬유에 254 nm 자외선을 조사하면 용매에 강하고 안정한 PDI-PDA 섬유가 형성된다. PDA의 존재 덕분에 생성된 고분자 섬유는 증가된 광전류를 나타낸다. 또한 섬유 내 PDA와 PDI 부위의 공존은 PDI와 가역적 열변색성 PDA 발색단 사이에 켜고 끌 수 있는 형광 공명 에너지 전이(FRET)가 일어나게 한다.
Original abstract (English)
Because of their unique structural and optical properties, 1D perylene diimide (PDI) derivatives have gained attention for use in optoelectronic devices. However, PDI-containing self-assembled supramolecular systems often are of limited use because they have supramolecular architectures that are held together by weak noncovalent π-π stacking, hydrogen bonding, and hydrophobic interactions. As a result, they are intrinsically unstable under solution-processing conditions. To overcome this limitation, a polydiacetylene (PDA)-based strategy is developed to construct a solvent-resistant and stable PDI assembly. For this purpose, first the monomer PDI-BisDA is generated, in which two polymerizable diacetylene (DA) units are covalently linked to a PDI core. Importantly, 254 nm UV irradiation of self-assembled PDI-BisDA nanofibers forms solvent-resistant and stable PDI-PDA fibers. Owing to the presence of PDA, the generated polymer fibers display an increased photocurrent. In addition, the existence of PDA and PDI moieties in the fiber leads to the occurrence of switchable on-off fluorescence resonance energy transfer (FRET) between the PDI and reversibly thermochromic PDA chromophores.