Diese Technik ist nützlich, um die Kinetik der Oxidation und Reduktion organischer Verbindungen zu charakterisieren und ihr Verhalten als aktiver Verbund von Leuchtdioden, Solarzellen oder Batterien vorherzusagen. Der Hauptvorteil der Impedanzspektroskopie besteht darin, dass sie die Trennung und individuelle Analyse verschiedener polarer Prozesse entsprechend ihren A/C-Antworten ermöglicht. Zu Beginn 0,4 Millimol tetrabutylammonium tetrafluoroborat und viermal 10 zu den negativen drei Millimolen der organischen Verbindung von Interesse in vier Milliliter Dichlormethan auflösen.
Zwei Milliliter dieser Arbeitslösung in eine drei Milliliter elektrochemische Zelle, wie z.B. eine Glas-V-Durchstechflasche, geben und die Zelle mit einer Dichtungskappe schließen. Speichern Sie die verbleibende Arbeitslösung für spätere Messungen. Als nächstes ein Poliertuch auf eine unbewegliche Stütze montieren und das Tuch mit mehreren Tropfen 0,05 Mikrometer Aluminiumoxidschlämme befeuchten.
Polieren Sie eine Platinscheibe mit einem Millimeter Durchmesser 30 Sekunden lang mit moderatem Druck. Anschließend spülen Sie die polierte Arbeitselektrode dreimal mit DCM ab, um Restaluminiumpartikel zu entfernen. Legen Sie dann die polierte Elektrode durch die Dichtungskappe in die elektrochemische Durchstechflasche ein.
Als nächstes erhalten Sie eine Platindraht-Gegenelektrode, und zünden Sie eine Butan-Brenner. Die Elektrode durch vorsichtiges Halten in der Flamme anleiten, bis sie zu röten beginnt. Anneal eine Silberdraht-Referenzelektrode in der gleichen Weise, und lassen Sie beide Elektroden zu kühlen.
Montieren Sie dann die Drahtelektroden in der elektrochemischen Zelle durch die Dichtungskappe, wobei Sie darauf achten, dass die Elektroden sich nicht berühren. Verbinden Sie die drei Elektroden mit dem Potentiostat. Die elektrochemische Zelle 20 Minuten lang mit einer Argongasleitung und Blasenargon durch die Arbeitslösung ausstatten.
Schließen Sie den Argonfluss, bevor Sie mit den Messungen beginnen. Um die anfängliche Charakterisierung zu beginnen, öffnen Sie das zyklische Voltammetrieprogramm in der Potentiostat-Software. Stellen Sie das Anfangspotenzial auf Null Volt, das minimale Potenzial auf negative zwei Volt, das maximale Scanpotenzial auf zwei Volt und die Scanrate auf 100 Millivolt pro Sekunde ein.
Erwerben Sie das Voltammogramm der Arbeitslösung. Beachten Sie die potenziellen Werte an der Maxima der anodischen und der kathodischen Gipfel. Berechnen Sie den Durchschnitt der Spitzenpotentiale der anodischen und kathodischen Spitzen, um das Redoxpotenzial abzuschätzen.
Als nächstes verwenden Sie einen Spachtel, um etwa 10 Milligramm Ferrozin in die Arbeitslösung in der elektrochemischen Zelle hinzuzufügen. Blasen Argon durch die Lösung für fünf Minuten, um eine vollständige Auflösung des Ferrozes zu gewährleisten. Ändern Sie dann im zyklischen Voltammetrieprogramm die minimalen und maximalen Scanpotenziale auf negative Volt bzw. 1 Volt.
Erwerben Sie ein weiteres Voltammogramm, das eine kleine reversible Ferrozänspur zeigt. Durchschnitten Sie die anodischen und kathodischen Spitzenpotentiale des Ferrozes, um sein reversibles Oxidationspotential in der Arbeitslösung abzuschätzen. Bestimmen Sie dann das Redoxpotential der organischen Verbindung in Bezug auf Ferrozen.
Schließlich, um die elektrochemische Zelle zu reinigen, füllen Sie sie mit DCM und leeren Sie sie fünfmal. Nach der Charakterisierung durch zyklische Voltammetrie, legen Sie weitere zwei Milliliter der Arbeitslösung in eine saubere drei Milliliter elektrochemische Zelle. Reinigen Sie die Elektroden wie zuvor beschrieben, legen Sie sie in die Zelle ein und verbinden Sie sie wieder mit dem Potentiostat.
Dearate die Arbeitslösung durch Blasen Argon durch sie für 20 Minuten. Öffnen Sie dann das EIS-Programm im Treppenhaus in der potentiostat-Software. Stellen Sie einen potenziellen Bereich von 0,1 Volt auf beiden Seiten des Redoxpotentials der Zinsverbindung für einen Gesamtbereich von 0,2 Volt ein.
Stellen Sie das potentialinte Inkrement auf 0,01 Volt, den Frequenzbereich auf 10 Kilohertz bis 100 Hertz, die Anzahl der Frequenzen in der logarithmischen Skala auf 20, die Wartezeit auf fünf Sekunden, die A/C-Spannungsamplitude auf 10 Millivolt und die Messgrößen pro Frequenz auf zwei. Führen Sie das Experiment aus, und warten Sie, bis der Satz von Spektren gesammelt wird. Sobald das Experiment abgeschlossen ist, öffnen Sie das EIS-Spektrumanalyseprogramm.
Das demonstrierte Programm ist universell für die Impedanzspektrumsanalyse. Es ist jedoch nicht notwendig, diese genaue Einrichtung zu verwenden, da zahlreiche andere Softwareoptionen verwendet werden können. Importieren Sie ein automatisch registriertes Spektrum, das durch das EIS-Experiment generiert wird.
Dann konstruieren Sie einen einfachen gleichwertigen elektrischen Stromkreis für das Spektrum. Stellen Sie die anfänglichen oberen und unteren Grenzwerte auf ein mal 10 auf die negativen sieben und ein mal 10 auf die negativen acht für den Kondensator, 2000 und 100 für Widerstand eins, 1000 und 100 für Widerstand zwei. Passen Sie dann in das Modell.
Wiederholen Sie das Fitting, bis sich die berechneten Werte nicht mehr ändern. Wenn die R-Quadrat-Parametrier- und Amplitudenwerte ein mal 10 bis zu den negativen zwei überschreiten, testen Sie eine andere EWG. Für komplexere EECs legen Sie die anfänglichen oberen und unteren Grenzwerte für das Warburg-Element auf 50 000 bzw. 10 000 fest.
Wenn ein Parameter Fehlerwerte aufweist, die nach dem Fitting 100 % überschreiten, entfernen Sie diesen Parameter, und versuchen Sie es mit einem anderen EWG-Wert. Sobald das Spektrum an eine geeignete EWG angepasst wurde, notieren Sie den Ladungsübertragungswiderstand und das Potential, bei dem das Spektrum registriert wurde. Wiederholen Sie diesen Vorgang für alle registrierten Spektren.
Die zyklische Voltammetrie dieser organischen Verbindung ergab einen reversiblen Oxidationsprozess bei 0,7 Volt im Vergleich zu Ferrozen. Impedanzspektatoren der Redoxprozesse auf der Elektrodenoberfläche wurden anschließend registriert und analysiert. Die Impedanzspektren wurden mit verschiedenen äquivalenten elektrischen Schaltkreisen ausgestattet, um das beste Analogfür für den elektrochemischen Prozess zu identifizieren.
Der hier als R2 dargestellte Ladungsübertragungswiderstand wurde aus jedem eingebauten Spektrum extrahiert. Die inversen Ladungsübertragungswiderstandswerte wurden in Bezug auf Elektrodenpotential versus Ferrozän zusammen mit der theoretischen Abhängigkeit des inversen Ladungsübertragungswiderstands auf das Elektrodenpotential dargestellt. Die standardelektrochemische Ratenkonstante wurde dann geschätzt, indem das Gleichgewichtspotential und die Ratekonstantung variiert wurden, bis eine angemessene Anpassung an die experimentellen Daten erreicht wurde.
Die demonstrierte Technik kann zusammen mit anderen Methoden zur Untersuchung einer elektrischen organischen Verbindung verwendet werden, wenn ihre Redux-Eigenschaften entscheidend sind. Nach diesem Verfahren können andere spektrochemische Methoden wie ESR, UV-Vis-NIR durchgeführt werden, um zusätzliche Fragen über Veränderungen in der Molekülstruktur durch elektrochemische Prozesse zu beantworten. Denken Sie beim Versuch dieses Verfahrens daran, andere Prozesse zu berücksichtigen, die in realen Systemen auftreten, die die erhaltenen Ergebnisse erschweren können.
Bei irreversiblen Reaktionen wie Polymerisation kann von dieser Technik keine vernünftigen Ergebnisse erwartet werden. Nach ihrer Entwicklung ebnete diese Technik den Weg für Forscher auf dem Gebiet der Ladungstransferkinetik in der organischen Elektronik, um die Redux-Leistung von Molekülen und Materialien besser vorherzusagen. Einmal gemeistert, kann diese Technik in zwei Stunden durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird.
