23.9K Views
•
08:41 min
•
October 10th, 2018
DOI :
October 10th, 2018
•0:04
Title
0:31
Electrochemical Experiment Preparation
2:20
Initial Characterization by Cyclic Voltammetry (CV)
3:56
Registration and Analysis of Impedance Spectrum
6:35
Results: Characterization and Analysis of Redox Rate Constants for 2,8-Bis(3,7-dibutyl-10H-phenoxazin-10-yl) dibenzo[b,d]thiophene-S,S-dioxide (Compound X)
7:38
Conclusion
Transcript
Denne teknik er nyttig til at karakterisere kinetik af oxidation og reduktion af organiske forbindelser, og forudsige deres adfærd som en aktiv forbindelse af lysdioder, solceller, eller batterier. Den største fordel ved impedansspektroskopi er, at det giver mulighed for adskillelse og individuel analyse af forskellige polære processer, i henhold til deres A / C-reaktioner. Til at begynde opløses 0,4 millimoler tetrabutylammonium tetrafluoroborat og fire gange 10 til de negative tre millimoler af den organiske forbindelse af interesse i fire milliliter dichlormethan.
Pipette to milliliter af denne arbejdsopløsning i en 3 milliliter elektrokemisk celle, såsom et glas V hætteglas og lukke cellen med en pakning hætte. Gem den resterende arbejdsløsning til senere målinger. Dernæst monteres en poleringsklud på en immobile støtte og fugt kluden med flere dråber 0,05 mikrometer aluminiumoxid gylle.
Poler en en millimeter diameter platin disk arbejder elektrode i 30 sekunder ved hjælp af moderat tryk. Derefter skylles den polerede arbejdselektrode med DCM tre gange for at fjerne resterende aluminiumoxidpartikler. Sæt derefter den polerede elektrode ind i det elektrokemiske hætteglas gennem pakningshætten.
Næste få en platin wire counterelectrode, og antænde en butan fakkel. Anneal elektroden ved omhyggeligt at holde den i flammen, lige indtil det begynder rødme. Anneal en sølvtråd reference elektrode på samme måde, og lad begge elektroder til at køle.
Monter derefter trådelektroderne i den elektrokemiske celle gennem pakningshætten, og vær omhyggelig med at holde elektroderne fra at røre hinanden. Tilslut de tre elektroder til potentiostaten. Udstyr den elektrokemiske celle med en argon gasledning og boble argon gennem arbejdsløsningen i 20 minutter.
Luk argonstrømmen, før målingerne påbegyndes. For at begynde den indledende karakterisering, åbne cyklisk voltammetri program i potentiostat software. Indstil det oprindelige potentiale til nul volt, det mindste potentiale til negative to volt, det maksimale scanningspotentiale til to volt og scanningshastigheden til 100 millivolt per sekund.
Ansk af arbejdsløsningen. Bemærk de potentielle værdier ved maksen af de anodiske og katodiske toppe. Der beregnes gennemsnittet af de anodiske og katodiske toppes spidsbelastninger for at vurdere redox-potentialet.
Næste brug en spatel til at tilføje omkring 10 milligram ferrocen til arbejdsopløsningen i den elektrokemiske celle. Boble argon gennem opløsningen i fem minutter for at sikre fuldstændig opløsning af ferrocene. Så i den cykliske voltammetri program, ændre den minimale og maksimale scanning potentialer til negative en volt og en volt henholdsvis.
Erhverve en anden voltammogram, som vil vise en lille reversibel ferrocene spor. Gennemsnit ferrocens anodiske og katodiske spidspotentiale for at anslå dens reversible oxidationspotentiale i arbejdsopløsningen. Derefter bestemme redox potentialet af den organiske forbindelse med hensyn til ferrocen.
Endelig at rense den elektrokemiske celle, fylde den med DCM og tømme det fem gange. Efter karakterisering ved cyklisk voltammetri, placere yderligere to milliliter af arbejdsopløsningen i en ren tre milliliter elektrokemisk celle. Rengør elektroderne som tidligere beskrevet, sæt dem ind i cellen, og tilslut dem igen til potentiostaten.
Afaerat arbejdsløsningen ved at boble argon gennem den i 20 minutter. Derefter åbne trappen EIS program i potentiostat software. Indstil en potentiel rækkevidde på 0,1 volt på hver side af redox potentialet i den sammensatte af interesse, for et samlet interval på 0,2 volt.
Indstil den potentielle stigning til 0,01 volt, frekvensområdet som 10 kilohertz til 100 hertz, antallet af frekvenser i logaritmisk skala til 20, ventetiden til fem sekunder, A / C spænding amplitude til 10 millivolts, og de foranstaltninger per frekvens til to. Kør eksperimentet og vent på, at sættet af spektre indsamles. Når eksperimentet er afsluttet, skal du åbne EIS spektrum analysator program.
Det demonstrerede program er universelt for impedans spektrum analyse. Men det er ikke nødvendigt at bruge netop denne set-up, som mange andre software muligheder kan bruges. Importer et automatisk registreret spektrum, der genereres af EIS-eksperimentet.
Derefter konstruere en simpel tilsvarende elektrisk kredsløb for spektret. Indstil de oprindelige øvre og nedre grænser til en gange 10 til de negative syv og en gange 10 til de negative otte for kondensatoren, 2000 og 100 for modstand en, 1000 og 100 for modstand to. Derefter passer modellen.
Gentag tilpasningen, indtil de beregnede værdier holder op med at ændre sig. Hvis de R-kvadrerede parameter- og amplitudeværdier overstiger en gange 10 til de negative to, afprøves et andet EØF. For mere komplekse EECs skal du fastsætte de oprindelige øvre og nedre grænser for Warburg-elementet til henholdsvis 50, 000 og 10.000.
Hvis en parameter har fejlværdier på over 100 % efter montering, skal du fjerne parameteren og prøve et andet EØF. Når frekvenserne er monteret i et passende EØF, registreres afgiftsoverførslens modstand og det potentiale, hvormed frekvenserne er registreret. Gentag denne proces for alle registrerede spektre.
Cyklisk voltammetri af denne organiske forbindelse afslørede en reversibel oxidation proces på 0,7 volt versus ferrocen. Impedansspektre af redox-processerne på elektrodens overflade blev efterfølgende registreret og analyseret. Impedansspektren var udstyret med forskellige tilsvarende elektriske kredsløb for at identificere den bedste analog til den elektrokemiske proces.
Afgiftsoverførslen repræsenteret her som R2 blev udvundet fra hvert monteret spektrum. De omvendte ladningsresistensværdier blev afbildet med hensyn til elektrodepotentiale versus ferrocæn sammen med den teoretiske afhængighed af den omvendte ladningsoverførselsmodstand på elektrodepotentialet. Standardkonstansen for elektrokemiske hastighedsræser blev derefter anslået ved at variere ligevægtspotentialet og hastighedskonstanten, indtil der var opnået en rimelig tilpasning til forsøgsdataene.
Den demonstrerede teknik kan anvendes sammen med andre metoder til undersøgelse af en elektrisk organisk forbindelse, når dens redux egenskaber er afgørende. Efter denne procedure, andre spektrokemiske metoder som ESR, UV-Vis-NIR kan udføres for at besvare yderligere spørgsmål om ændringer i molekyle struktur forårsaget af elektrokemiske processer. Mens du forsøger denne procedure, skal du huske at tage højde for andre processer, der opstår i virkelige systemer, der kan komplicere de opnåede resultater.
I tilfælde af irreversible reaktioner som polymerisering kan denne teknik ikke forventes at give rimelige resultater. Efter sin udvikling banede denne teknik vejen for forskere inden for afgiftoverførsel kinetik i organisk elektronik for bedre at kunne forudsige molekylers og materialers redux-ydeevne. Når mestrer, kan denne teknik gøres i to timer, hvis det udføres korrekt.
Elektrokemiske impedans spektroskopi (EIS) af arter, der undergår reversible oxidation eller reduktion af løsning blev anvendt til bestemmelse af sats konstanter af oxidation eller reduktion.
ABOUT JoVE
Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved