17.6K Views
•
09:11 min
•
October 12th, 2018
DOI :
October 12th, 2018
•0:04
Title
0:35
Spectroelectrochemical Cell and Electrolyte Preparation
2:24
Infrared (IR) Reflectance Spectroelectrochemistry
4:23
Raman Spectroelectrochemistry
6:50
Results: Evaluation of Structural Changes Under Applied Potentials
8:20
Conclusion
Transcript
Ramen og IR spektroelektrokjemi kan brukes til avansert karakterisering av strukturelle endringer i elektroledende komponenter som anskaffes under en elektrokjemisk prosess og for eksempel studiet av reaksjoner mekanisme. Den største fordelen er muligheten for å observere signalet som oppstår fra de mellomliggende produktene i den elektrokjemiske prosessen, eller undersøke prosessen, der produktene ikke kan skilles. Før du utfører spektroelektrokjemiske studier, bruk syklisk voltammetri for å bestemme de potensielle områdene av redoksprosessene av interesse.
For å starte prosedyren, skyll en indium tinnoksid belagt kvarts arbeider elektrode med deionisert vann. Sonicate kvarts ito elektrode i actone, og isopropylalkohol, i rekkefølge, i 15 minutter hver. Mens itoelektroden blir sonikert, brenne arbeidsområdet til en platinatråd, eller spiral motelektrode, i flammen av en høytemperatur gassfakkel, bare til ledningen blir rød.
La ledningen avkjøles til romtemperatur i omgivelsesluft. Fjern referanseelektroden fra lagringselektrolyttløsningen, og skyll den tre ganger med oppløsningsvæsken som skal brukes under målingene. Rengjør riktig spektroelektrokjemisk kar med etanol, isopropylalkohol eller aceton, og la det tørke.
Rengjør de andre komponentene i cellen med aceton, og la dem lufttørke i minst ett minutt. Når sonikering av itoelektroden er fullført, la den lufttørke. Deretter forberede minst 10 milliliter av en støttende elektrolytt løsning med en konsentrasjon minst 100 ganger større enn målet anolytt konsentrasjon.
Hvis det er aktuelt for eksperimentet, forberede to milliliter av en en millimolar anolytt løsning i elektrolytten. Boble inert gass gjennom anolytt- eller elektrolyttløsningen i 5 minutter ved moderat gassstrøm, slik at bare små bobler vises på oppløsningens overflate. Etterpå går du videre til den valgte spektroelektrokjemiprosedyren.
Når du er klar til å starte IR solid, montere ren IR spektrokjemisk celle. Kontroller at elektrodene ikke er i kontakt med hverandre. Fyll den monterte cellen med rent løsningsmiddel og sjekk den for lekkasjer.
Juster enheten etter behov for å sikre at cellen er lekkasjefri. Når du er ferdig, fjern oppløsningsvæsken. Deretter slår du på IR-spektrometeret og åpner instrumentprogramvaren.
Fyll cellen med anolyttløsningen, slik at områdene av elektrodene som skal bestråles av hendelsesstrålen, er nedsenket, eller løsningen ble trukket av kapillærkreftene mellom ATR-krystallen og den vedlagte elektroden. Deretter legger du cellen inn i instrumentet. Koble elektrodene til en pontentiostat, vær forsiktig så du ikke lar elektrodene eller kontaktene berøre hverandre.
Fyll ut IR-spektrumanskaffelsesparametrene, og registrer et bakgrunnsspekter av løsningen uten potensiell bruk. Deretter påfør et potensial på null volt til arbeidselektroden. Anskaffe og lagre et innledende IR-spektrum.
Øk deretter det anvendte potensialet med 100 millivolt, vent i 15 sekunder og få et annet IR-spektrum. Gjenta denne prosessen til spectra er anskaffet for hele det potensielle interesseområdet. Hvis du vil evaluere reversabiliteten til redoksprosessen av interesse, returnerer du det anvendte potensialet på startverdien i trinn på 100 millivolt, og skaffer seg et spektrum for hvert trinn.
Ellers går du tilbake til den opprinnelige verdien i ett enkelt trinn, og henter bare ett spektrum. Deretter trekker du det opprinnelige spekteret fra alle andre spektrum for å få differensialspektra. Koble deretter fra cellen, og overfør løsningen til en elektrokjemisk celle, per CV.Prior to the ramen spectroelectrochemical study, coat a clean wire, or plate electrode, with the anolyte, by electropolymerization or dip casting.
Når du er klar til å være studien, slå på ramen spektrometer, laser, og kontroll programvare. Sett sammen den spektroelektrokjemiske cellen, vær forsiktig med å holde elektrodene atskilt. Plasser den anolyttbelagte arbeidselektroden så nær celleveggen som mulig, vendt mot den innkommende hendelsesstrålen, samtidig som det gir plass til en løsning som flyter mellom den og veggen.
Deretter legger du til omtrent to milliliter elektrolytt- eller anolyttløsning til cellen, slik at alle elektroder er nedsenket i oppløsning. Plasser cellen i spektrometeret og koble elektrodene til en potensistat, vær forsiktig med å holde elektrodene fra å berøre hverandre. Fokuser spektrometerkameraet på filmen som er avsekt på arbeidselektroden.
Lukk deretter spektrometerdekselet. Velg lasertypen og vurderingen som passer for prøven. Fokuser laserstrålen på den fungerende elektrodeoverflaten slik at den skarpeste mulige prikken eller linjen vises.
Still inn spektralområdet, belysningstiden, antall repetisjoner og laserkraft i spektrometerprogramvaren, på riktig måte for prøven. Bruk lav laserkraft for å unngå ødeleggelse av prøven. Få et innledende ramenspektrum.
Juster datainnsamlingsparametrene og gjenta skanningen etter behov til et godt innledende spektrum er anskaffet. Deretter påfør et startpotensial på null volt på arbeidselektroden. Samle et spektrum og lagre det med et beskrivende filnavn.
Deretter øker du det anvendte potensialet med 100 millivolt, venter 15 sekunder og samler et annet spektrum. Fortsett å anskaffe og lagre spektra på denne måten, gjennom ønsket utvalg av anvendt potensial, og deretter skaffe et annet spektrum på det opprinnelige potensialet for å evaluere reversabiliteten til redox-prosessen av interesse. Deretter korrigerer du de potensielle verdiene ved hjelp av CV, som tidligere beskrevet.
Differensial IR-spektra, tatt under elektropolymerisering av en triphenylaminbasert hydrazon, derivat med reaktive vinylgrupper, viste økt overføring på omtrent 16 hundre inverse centimeter, noe som indikerer tap av noen av monomerene konjugert dobbeltbinding under elektropolymerisering. Endringene i transmittance mellom 675 og 900 inverse centimeter indikerte tap av IR-signal, fra monosubstituted benzen, og et nytt IR-signal fra disubstituted benzen. Dette foreslo en elektropolymeriseringsmekanisme som involverte en reaksjon mellom vinylgruppene, og de monosubstituterte benzenringene.
Ramen spektroskopi av en polyanilinfilm avset på en gullelektrode, elektrograferte den med anolyne, viste bånd som er karakteristiske for leukoemeraldineformen ved utgangspunktet potensial for null millivolts. Når det påførte potensialet økte utover det første redoksparet polyanilin, ble det observert bånd som indikerer en overgang til halvquinonepolyanilinstrukturen. Å øke det anvendte potensialet utover det andre redoksparet resulterte i økt intensitet av bandets karakteristikk av den deprotenerte quinoidringen, og redusert intensitet av et bånd som er karakteristisk for semiquinoneradikalen.
Dette indikerte at polyanilin hadde gått over til pernigranilinformen. Disse teknikkene banet vei for forskere innen organisk elektronikk for å utforske strukturelle endringer som anskaffes under redoksprosesser, estimere kvaliteten på individuelle lag, undersøke system holdbarhet under flere oksidasjonsreduksjonssykluser, eller studere diffusjon i flerlagsstrukturer. Mens du prøver denne prosedyren, husk at noen molekylære vibrasjoner kan være aktive bare i IR eller ramen spektroskopi, noe som gjør dem komplementære til hverandre.
De beste resultatene oppnås når endringene involverer grupper som er aktive i teknikken som brukes. Ikke glem at det kan være ekstremt farlig å arbeide med organiske løsemidler. Egnede forholdsregler bør alltid tas under denne prosedyren.
Protokollen trinnvise Raman og IR spectroelectrochemical analyse blir presentert.
ABOUT JoVE
Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved