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 teknikken er nyttig for å karakterisere kinetikken til oksidasjon og reduksjon av organiske forbindelser, og forutsi deres oppførsel som en aktiv forbindelse av lysdioder, solceller eller batterier. Den største fordelen med impedansspektroskopi er at den tillater separasjon og individuell analyse av ulike polare prosesser, i henhold til deres A / C-svar. Til å begynne, oppløse 0,4 millimol tetrabutylammonium tetrafluoroborat og fire ganger 10 til de negative tre millimol av organisk sammensatt av interesse i fire milliliter diklormetan.
Pipette to milliliter av denne arbeidsløsningen i en tre milliliter elektrokjemisk celle, for eksempel et glass V hetteglass og lukk cellen med en pakning cap. Oppbevar gjenværende arbeidsløsning for senere målinger. Deretter monterer du en poleringsklut på en immobil støtte og fukter kluten med flere dråper 0,05 mikrometer aluminaslam.
Poler en en millimeter diameter platina disk arbeider elektrode i 30 sekunder ved hjelp av moderat trykk. Skyll etterpå den polerte arbeidselektroden med DCM tre ganger for å fjerne gjenværende aluminapartikler. Sett deretter den polerte elektroden inn i det elektrokjemiske hetteglasset gjennom pakningshetten.
Deretter få en platina wire motlectrode, og tenne en butan fakkel. Anneal elektroden ved å holde den forsiktig i flammen, bare til den begynner å rødme. Anneal en sølvtrådreferanseelektrode på samme måte, og la begge elektrodene avkjøles.
Monter deretter trådelektrodene i den elektrokjemiske cellen gjennom pakningshetten, og vær forsiktig med å holde elektrodene fra å berøre hverandre. Koble de tre elektrodene til potensiostat. Utstyr den elektrokjemiske cellen med en argongasslinje og boble argon gjennom arbeidsløsningen i 20 minutter.
Lukk flyten av argon før du begynner målingene. For å starte den første karakteriseringen, åpne det sykliske voltammetriprogrammet i potentiostat-programvaren. Sett det opprinnelige potensialet til null volt, minimumspotensialet til negative to volt, det maksimale skannepotensialet til to volt, og skannehastigheten til 100 millivolt per sekund.
Erverv voltammogram av arbeidsløsningen. Legg merke til de potensielle verdiene ved maksimal av anodisk og de katodiske toppene. Beregn gjennomsnittet av topppotensialet til de anodiske og katodiske toppene for å estimere redokspotensialet.
Bruk deretter en slikkepott for å legge til ca 10 milligram ferrocen til arbeidsløsningen i den elektrokjemiske cellen. Boble argon gjennom løsningen i fem minutter for å sikre fullstendig oppløsning av ferrocen. Deretter i syklisk voltammetri program, endre minimal og maksimal skanning potensialer til negative en volt og en volt henholdsvis.
Få en annen voltammogram som vil vise en liten reversibel ferrocene spor. Gjennomsnittlig de anodiske og katodiske topppotensialet til ferrocen for å estimere det reversible oksidasjonspotensialet i arbeidsløsningen. Deretter bestemme redox potensialet i organisk sammensatte med hensyn til ferrocene.
Til slutt for å rengjøre den elektrokjemiske cellen, fyll den med DCM og tøm den fem ganger. Etter karakterisering av syklisk voltammetri, legg ytterligere to milliliter av arbeidsløsningen i en ren tre milliliter elektrokjemisk celle. Rengjør elektrodene som tidligere beskrevet, sett dem inn i cellen, og koble dem til potensiostat.
Deaerate arbeidsløsningen ved å boble argon gjennom den i 20 minutter. Deretter åpner du trappen EIS-programmet i potentiostat-programvaren. Sett et potensielt område på 0,1 volt på hver side av redox potensialet i sammensatt av interesse, for et samlet utvalg på 0,2 volt.
Sett den potensielle økningen til 0,01 volt, frekvensområdet som 10 kilohertz til 100 hertz, antall frekvenser i logaritmisk skala til 20, ventetiden til fem sekunder, A / C spenning amplitude til 10 millivolt, og målene per frekvens til to. Kjør eksperimentet og vent til settet med spektra skal samles inn. Når eksperimentet er ferdig, åpner du EIS-spektrumanalysatorprogrammet.
Det demonstrerte programmet er universelt for impedansspektrumanalyse. Det er imidlertid ikke nødvendig å bruke dette nøyaktige oppsettet, da mange andre programvarealternativer kan brukes. Importer et automatisk registrert spektrum generert av EIS-eksperimentet.
Deretter konstruere en enkel tilsvarende elektrisk krets for spekteret. Sett de første øvre og nedre grensene til en ganger 10 til de negative syv og en ganger 10 til de negative åtte for kondensatoren, 2000 og 100 for motstand en, 1000 og 100 for motstand to. Deretter passer modellen.
Gjenta tilpasningen til de beregnede verdiene slutter å endres. Hvis R-kvadrert parametriske og amplitude verdier overstiger en gang 10 til de negative to, teste en annen EEC. For mer komplekse EECer, sett de første øvre og nedre grensene for Warburg-elementet til henholdsvis 50,000 og 10 000.
Hvis en parameter har feilverdier som overstiger 100 %etter tilpasning, fjerner du parameteren og prøver en annen EØF. Når spekteret er montert på en passende EEC, registrerer du ladeoverføringsmotstanden og potensialet som spekteret ble registrert på. Gjenta denne prosessen for alle registrerte spektra.
Syklisk voltammetri av denne organiske forbindelsen viste en reversibel oksidasjonsprosess ved 0,7 volt versus ferrocen. Impedans spektra av redoksprosessene på elektrodens overflate ble senere registrert og analysert. Impedansspektraen var utstyrt med ulike tilsvarende elektriske kretser for å identifisere den beste analogen for den elektrokjemiske prosessen.
Ladeoverføringsmotstanden representert her da R2 ble hentet fra hvert montert spektrum. De inverse charge transfer resistance verdiene ble plottet med hensyn til elektrodepotensial versus ferrocen, sammen med den teoretiske avhengigheten av den inverse ladeoverføringsmotstanden på elektrodepotensial. Standard elektrokjemisk hastighetskonstant ble deretter estimert ved å variere likevektspotensialet og hastighetskonstanten til en rimelig tilpasning for de eksperimentelle dataene ble oppnådd.
Den demonstrerte teknikken kan brukes sammen med andre metoder for å undersøke en elektrisk organisk forbindelse når redux-egenskapene er avgjørende. Etter denne prosedyren kan andre spektriske metoder som ESR, UV-Vis-NIR utføres for å svare på flere spørsmål om endringer i molekylstrukturen forårsaket av elektrokjemiske prosesser. Mens du prøver denne prosedyren, husk å ta hensyn til andre prosesser som oppstår i reelle systemer som kan komplisere de oppnådde resultatene.
Ved irreversible reaksjoner som polymerisering, kan denne teknikken ikke forventes å gi rimelige resultater. Etter utviklingen banet denne teknikken vei for forskere innen ladeoverføringskinetikk i organisk elektronikk for bedre å forutsi redux-ytelsen til molekyler og materialer. Når mestret, denne teknikken kan gjøres i to timer hvis det er utført riktig.
Elektrokjemiske impedans spektroskopi (EIS) av arter som gjennomgår reversibel oksidasjon eller reduksjon i løsningen ble brukt bestemmelse av rate konstanter av oksidasjon eller reduksjon.
ABOUT JoVE
Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved