코발트(II) 프탈로시아닌 CAS 3317-67-7

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코발트(II) 프탈로시아닌유기금속 착체로, 분자 구조의 중심은 4개의 질소 원자로 구성된 매크로 고리이고, 그 주위에는 4개의 프탈로시아닌 벤젠 고리가 있습니다. 진한 파란색의 분말 또는 과립으로 실온 및 대기압에서 상자성을 띤다. 이는 톨루엔, 디메틸포름아미드, 클로로포름 및 트리클로로에틸렌과 같은 일반적인 유기 용매에 쉽게 용해됩니다. 열 안정성이 높습니다. 공기 중에서 분해되려면 높은 온도가 필요하므로 고온-온도에 안정한 감광성 재료 및 전자소자로 사용될 수 있습니다. 좋은 전기적 특성으로 인해 광전도, 전도 및 광전 변환에 폭넓게 응용됩니다. 또한 분자 인식 및 바이오 센서에도 응용할 수 있습니다. 분자 내부에서 Co(II) 이온은 인접한 4개의 질소 원자와 배위 결합을 형성하여 전체 분자를 팔면체 구조로 만듭니다. 풍부한 물리적, 화학적 특성과 광범위한 응용 가능성으로 인해 염료 및 안료, 감광제, 광전지, 바이오 센서 및 화학 촉매 분야에서 중요한 응용 분야를 가지고 있습니다.

코발트(II) 프탈로시아닌CoPc(CoPc)는 코발트를 중심 금속 이온으로 하는 금속 유기화합물로서 독특한 공액 거대고리 구조와 안정된 화학적 성질, 우수한 물리적 성질로 인해 촉매작용, 광전자재료, 환경 거버넌스, 에너지 저장, 바이오의약 등 다양한 분야에서 대체할 수 없는 응용 가치를 입증해 왔습니다.

촉매 분야: 산업 반응의 "녹색 엔진"

 

코발트 프탈로시아닌의 촉매 특성은 고도로 결합된 π- 전자 시스템과 코발트 이온의 가역적 산화환원 특성에서 비롯되어 유기 합성, 에너지 전환 및 환경 개선을 위한 효율적인 촉매가 됩니다.

1. 유기합성 촉매작용
산화 반응: 코발트 프탈로시아닌은 알코올을 알데히드/케톤으로, 방향족 탄화수소를 퀴논으로 산화하는 등의 반응을 촉매할 수 있습니다. 예를 들어, 메탄올이 포름알데히드로 산화되는 반응에서 술폰화 코발트 프탈로시아닌(CoPcS)은 95%의 전환율과 90% 이상의 선택성을 가지며 이는 기존의 철 몰리브덴 촉매보다 훨씬 우수합니다.

 

고리화 반응: 인돌 화합물 합성 시 코발트 프탈로시아닌은 배위를 통해 반응물을 활성화시켜 고리화 수율을 85%로 높이고, 반응 온도를 150도에서 80도로 낮추며, 에너지 소비를 40% 줄인다.
응집 반응: 올레핀 중합의 촉매로서 코발트 프탈로시아닌은 중합체의 분자량 분포를 조절하여 좁은 분포의 폴리에틸렌(PDI)을 제조할 수 있습니다.<1.5), meeting the demands of high-end plastic processing.

 

2. 에너지 촉매작용
연료 전지: 산소 환원 반응(ORR) 촉매인 코발트 프탈로시아닌은 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC)에서 우수한 성능을 발휘합니다. 탄소나노섬유를 담지한 복합재료(CoPc/CNF)는 0.5MH 2 SO ₄ 용액에서 ORR 시동전위가 0.92V(vs. RHE)로 기존 백금탄소 촉매 대비 전류밀도가 1.2배, 원가는 70% 절감된다.
수소 생산을 위한 물 전기분해: 코발트 프탈로시아닌 유도체(예: 테트라니트로코발트 프탈로시아닌, CoTNPc)는 알칼리 조건에서 산소 발생 반응(OER)을 촉매하며, 과전위는 320mV(10mA/cm²)에 불과하고 안정성은 1,000시간을 초과하여 재생 에너지 수소 생산을 위한 저렴한{3}} 솔루션을 제공합니다.

 

리튬황 배터리: 황 담체로서 코발트 프탈로시아닌/그래핀 복합 재료는 다황화물의 셔틀 효과를 억제하여 리튬 유황 배터리 200사이클 후 용량 유지율이 82%이고 에너지 밀도가 400Wh/kg을 초과합니다.
3. 환경 촉매작용
석유 탈황: 휘발유 탈취제인 술폰화 코발트 프탈로시아닌(CoPcS)은 티올 화합물(예: 티오펜)을 깊게 제거하여 휘발유의 황 함량을 500ppm에서 10ppm 미만으로 줄여 국가 VI 배출 표준을 충족합니다.

 

촉매 활성은 기존 수산화나트륨 방식의 3배에 달하며 2차 오염이 없습니다.

염료 분해: 코발트 프탈로시아닌/PAN 나노섬유 복합재료는 가시광선 하에서 산성 적색 G 염료의 분해를 촉매하며, 3시간 내 탈색율은 94%, 광물화율은 80% 이상으로 순수 광촉매 시스템보다 훨씬 뛰어납니다.
CO 2 감소: 테트라니트로코발트 프탈로시아닌은 67%의 패러데이 효율과 5mA/cm ²의 전류 밀도로 CO 2를 포름산으로 전기 환원시키는 촉매 작용을 하여 탄소 포집 및 활용(CCU)을 위한 새로운 경로를 제공합니다.

광전자재료 분야: 빛 에너지 변환을 위한 "핵심 매체"

 

코발트 프탈로시아닌의 강한 광 흡수 특성(600-700nm의 흡수 피크)과 높은 캐리어 이동도는 코발트 프탈로시아닌을 광전자 변환 장치의 핵심 소재로 만듭니다.

1. 유기태양전지
활성층 재료: 코발트 프탈로시아닌과 풀러렌 유도체(PCBM)를 혼합하여 광전 변환 효율(PCE)이 6.8%이고 개방 회로 전압(Voc)이 0.9V로 증가하여 좁은 밴드갭 유기 광전지 재료의 격차를 메우는 BHJ(벌크 헤테로접합) 태양 전지를 제조했습니다.
계면개질층: 정공수송층(HTL)으로서의 코발트 프탈로시아닌 박막은 계면 재결합 손실을 줄이고 페로브스카이트 태양전지의 효율을 18%에서 21%로 높이며 안정성을 3000시간까지 연장할 수 있습니다.

 

2. 광검출기
근적외선 검출 : 코발트 프탈로시아닌/이산화티타늄(TiO 2) 복합필름은 980nm 파장에서 감응도 0.3A/W, 검출율이 10 1 ² Jones 이상으로 광섬유 통신 신호 모니터링에 적합합니다.
유연한 검출기: 코발트 프탈로시아닌/폴리비닐 알코올(PVA) 하이드로젤로 만들어진 유연한 광검출기는 굽힘 반경 5mm 조건에서도 초기 성능의 90%를 유지하므로 웨어러블 기기 및 전자 피부에 적합합니다.

 

3. 유기발광다이오드(OLED)
발광층 재료:코발트(II) 프탈로시아닌유도체(예: 테트라카르복실산 코발트 프탈로시아닌, CoTcPc)는 인광 발광 재료로 사용되며 내부 양자 효율(IQE)은 100%에 가깝고 외부 양자 효율(EQE)은 25%입니다. 색좌표(0.15, 0.20)는 순청색광 기준에 가깝습니다.
전자 수송층: 코발트 프탈로시아닌과 산화아연(ZnO) 나노 입자의 복합재로 OLED 구동 전압을 3.5V까지 낮추고 수명을 10,000시간까지 연장할 수 있습니다.

센서 분야: 환경 모니터링을 위한 "민감한 안테나"

 

특정 가스나 생체분자에 대한 산화코발트의 높은 선택성과 민감도는 센서 분야의 핵심 소재입니다.

1. 가스 센서
암모니아 감지: 코발트 프탈로시아닌/폴리아닐린(PANI) 복합박막 센서는 암모니아 가스 1ppm에서 저항 변화율 300%, 감지 한계 0.1ppm, 응답 시간 10초 미만을 갖습니다. 산업폐기물 모니터링에 사용할 수 있습니다.
산소 감지: 코발트 프탈로시아닌 변형 전극은 0.1M KOH 용액(R ²=0.999)의 산소 환원 전류와 산소 농도 사이의 선형 관계를 나타내며 감지 범위는 0~100%입니다. 제한된 공간의 산소 함량을 모니터링하는 데 적합합니다.

 

2. 바이오센서
포도당 감지: 코발트 프탈로시아닌/포도당 산화효소(GOx) 복합 전극은 포도당의 산화를 촉매하여 H 2 O 2를 생성하며 전류 신호는 포도당 농도에 비례합니다. 검출 한계는 1μM 정도로 낮아 비침습적 혈당 모니터링에 적합합니다.-
DNA 감지: 코발트 프탈로시아닌 기능화된 금 나노입자(AuNP)는 10 ⁻1⁵ M의 감도로 DNA 혼성화를 통해 형광 소광을 유도하여 단일 염기 돌연변이를 감지할 수 있는 신호 프로브 역할을 합니다.

코발트(II) 프탈로시아닌(CoPc)는 우수한 광전자 특성과 물리화학적 특성을 지닌 널리 사용되는 금속{0}}유기 복합체입니다. 다양한 분야의 요구를 충족시키기 위해 많은 화학자들은 CoPc 합성을 위한 다양한 방법을 개발했습니다.

이는 가장 일반적으로 사용되는 CoPc 합성법 중 하나로 CoCl{0}}H2O, 무수프탈산(PHTH), 요소 등의 출발물질과 트리메탄올(MeOH), 수소화붕소나트륨(NaBH4) 등의 환원제가 필요하다. 이 방법은 두-단계 반응입니다.

첫 번째 단계는 트리메탄올에 CoCl2와 PHTH를 용해시키고 요소를 추가하여 배위 착물을 형성하는 것입니다. 촉매 작용에 따라 배위 화합물의 카르복실기는 Co2+.와 복합체를 형성합니다.

두 번째 단계는 NaBH4를 사용하여 Co2+를 감소시켜 6개의-배위 CoPc를 생성하는 것입니다. 또한 CoPc의 결정 구조는 반응 조건(예: 온도, pH 값, 환원량 등)과 같은 매개변수를 최적화하여 조정할 수도 있습니다.

이 방법의 장점은 CoPc 합성에 대한 온화한 반응 조건, 간단한 조작 및 높은 수율(최대 80%)입니다. 그러나 단점은 시간이 많이 걸리고-CoPc를 합성하는 데 여러 단계가 필요하며 수율도 출발 물질의 품질과 순도에 의해 영향을 받는다는 것입니다.

감자전분을 주형으로 하는 수열법은 CoPc를 제조하는 또 다른 방법으로 Co(Ac)2(Ac{1}}아세트산이온)과 PHTH를 유기용매에 먼저 혼합하여 배위화합물을 형성하는 방법이다. 그런 다음 혼합물을 감자 전분을 함유한 수성 매질에 붓고 일정 시간 동안 고온 고압 하에서 열수 반응을 실시합니다.

이 과정에서 감자 전분 주형은 분해될 수 없으며 PHTH와 Co(Ac)2는 주형과 결합하여 CoPc를 형성하고 전분 주형 내부에 나노입자를 형성합니다. 이어서, 전분 주형을 제거함으로써 나노크기의 CoPC를 제작할 수 있습니다.

이 방법의 장점은 좋은 결정 구조와 단분산 특성을 가지며 해당 제품이 응용 요구 사항을 직접 충족하며 추가적인 표면 개질 처리가 필요하지 않다는 것입니다. 동시에, 이 방법은 제조 비용이 낮고 조작이 간단하며 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다.

공{0}}공침은 CoPc를 준비하는 또 다른 일반적인 방법입니다. 이 방법은 Co2+와 PHTH를 일정한 부피 비율로 용액에 용해시킨 후 NaOH나 NH3·H2O와 같은 알칼리성 매질을 일정량 첨가하여 침전물을 형성해야 합니다. 생성된 침전 샘플에서 CoPc는 탈이온수 또는 기타 용매로 세척 및 정제될 수 있습니다.

이 방법은 제어성과 생산 효율성이 좋으며 반응 조건을 변경하여 생성물의 결정 구조와 형태를 조정하여 순도를 향상시킬 수 있습니다. 그러나 단점은 반응 중에 수산화 코발트 및 기타 쓸모없는 부산물-을 피해야 한다는 것입니다.

쉬운 산화성 금속 환원법 역시 일반적인 CoPc 합성법이다. 이 방법은 Co(I)Pc 또는 Co(II)Pc의 고정된 원자가 상태를 달성하기 위해 산성 조건에서 제조된 CoPc의 1차 합성 생성물을 사용하고 N2H4·H2O와 같은 환원제로 환원해야 합니다. 다양한 환원제와 반응 조건은 다양한 CoPc 시리즈 제품을 생성할 수 있습니다.

이 방법의 주요 장점은 빠른 속도, 간단한 조작, 쉬운 가용성 및 저렴한 환원제 가격입니다. 그러나 단점은 반응분위기와 환원제 사용시 인체에 대한 자극성과 독성이 매우 높고, 발생되는 폐기물의 처리가 어렵다는 점이다.

플라즈마 글로우 방전 방법은 또 다른 독특한 CoPc 합성 방법입니다. 이 방법에는 Co2 용해가 필요합니다.⁺및 메탄올 중의 PHTH를 플라즈마 글로우 방전 기술로 반응시킵니다. 이 기술은 높은 전력 밀도에서 반응을 빠르게 자극하고 원하는 CoPc 제품을 생성할 수 있습니다. 이 방법은 환원제나 전분 주형 등을 사용할 필요가 없으며 대규모-합성 및 산업 생산에 적합합니다.

이 방법의 주요 장점은 빠른 속도, 높은 수율, 추가적인 표면 개질 처리가 필요 없으며 환경 친화성 및 우수한 재현성입니다. 그러나 단점은 높은 장비 요구 사항과 높은 비용이 필요하다는 것입니다.

간단히 말해서, 방법에는 여러 가지가 있습니다.코발트(II) 프탈로시아닌합성이며, 각 방법에는 고유한 장점과 단점이 있습니다. 선택할 구체적인 방법은 비용, 운영 난이도, 합성 수율, 순도 및 적용 요구 사항과 같은 요소에 따라 다릅니다. 더 높은 순도와 더 나은 성능을 얻기 위해 반응 시간, 온도, pH 값과 같은 매개 변수를 변경하거나 복용량을 줄이는 등 실제 필요에 따라 반응 조건을 조정할 수 있습니다.

CoPc의 분자 구조는 다음과 같습니다.

CoPc 분자는 중심 Co 원자와 4개의 피롤리디닐 그룹으로 구성되어 엽록소와 유사한 평면 정방형 분자 구조를 나타냅니다. 그 중 피롤리디닐 그룹은 질소 원자를 통해 Co 원자와 배위하여 일련의 안정적인 화학 결합을 형성하여 CoPc 분자의 골격 구조를 형성합니다. Co 원자 주변에는 피롤리디닐 그룹에 의해 확장된 벤젠 고리도 있으며, 이는 음전하를 띠고 외부 양이온과 상호 작용하여 정전기 상호 작용을 형성할 수 있습니다.

CoPc 분자의 평면 구조는 우수한 광전자 특성을 가지며 태양 전지, 디스플레이 및 촉매와 같은 응용 분야에 널리 사용됩니다. 동시에, 분자 구조의 안정성은 생물의학 분야에서의 응용 가능성도 제공합니다.

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