Name: using cyclic voltammetry, uv-vis-nir, and epr spectroelectrochemistry to analyze organic compounds
Uploaded: 2018-10-18T12:30:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds at JoVE.com

De auteurs erkennen dankbaar de financiële steun van "Excilight" project "Donor-Acceptor Light Emitting Exciplexes als materialen voor Easy-te-op-maat ultra-efficiënte OLED Lightning" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) gefinancierd door Marie Skłodowska-Curie Acties binnen het kaderprogramma voor onderzoek en innovatie "Horizon 2020".

De auteurs hebben niets te onthullen.

Elektrochemische en spectroelectrochemical technieken hebben geen beperkingen; een kunt vaste toestand zowel vloeibare oplossingen in een breed scala van temperatuur en andere omstandigheden met deze technieken analyseren. Het belangrijkste in al deze gevallen is dat stoffen/materialen worden geanalyseerd onder het toegepaste potentieel, repliceren van de echte wereld omstandigheden voor het organische elektronica-apparaten werken. Het enige verschil is dat in elektrochemie, wordt de vorming van lading dragers, waargenomen.
De hier gepresenteerde methoden tonen het nut van de analyse van geladen vervoerders gegenereerd in organische verbindingen die met hun toepasbaarheid in organische elektronica correleren. Bovendien, de elektrochemische en spectroelectrochemical technieken zijn goedkoper en minder eisen stelt dan dat van typische methoden gebruikt bij verantwoordelijke vervoerder analyse, maar er zijn enkele kritische stappen en wijzigingen aan het protocol die nodig zijn afhankelijk van de verkregen resultaten.
Tijdens de karakterisering van het elektrochemische, altijd beginnen met een bepaalde concentratie. Als een verzameling van de verbindingen wordt vergeleken, dan moeten alle materialen dezelfde Molaire concentratie. Het beste is om te beginnen met een concentratie van 1 mM en 50 mV/s scan tarief zoals aangegeven in het protocol in deze studie, maar het is goed om te weten van de concentratie van het monster op het waargenomen elektrochemische gedrag. Probeer altijd te meten ten minste drie scans. De eerste twee scans zijn meestal verschillend omdat de startende voorwaarden (evenwicht) verschillend zijn. De tweede en de derde scans moet hetzelfde zijn. Als de tweede en derde scans hetzelfde zijn, dan zijn er waarschijnlijk geen kant reacties waargenomen in dit systeem (Figuur 2a). In een oxidatieproces, wordt een nieuwe piek in een lager potentieel weergegeven die aangeeft dat de geleidend materiaal werd gestort op de WE18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. als de hoogte van de lagere piek in opeenvolgende scans verhoogt, dan waarschijnlijk het geconjugeerd polymeer werd gedeponeerd18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. als alle de stromingen afname van achtereenvolgende scans, dan het nonconductive product van de afbraak was afgezet op de elektrode. Als een zeer kleine piek wordt waargenomen voor de belangrijkste oxidatie of reductie piek (vooral voor polymeren), dan is dit waarschijnlijk kosten-overlapping proces19,23,31,34. Indien een zeer scherpe dedoping piek van oxidatie of reductie wordt waargenomen, wordt dan dit waarschijnlijk veroorzaakt door de ontleding van kristallijnen structuren op een elektrode gevormd door het electrocrystallization-proces tijdens oxidatie35.
Controleer altijd het gedrag van de teststof vóór, tijdens en na de redox pieken. Het betekent dat ten minste drie CV scans moeten worden geregistreerd: met hoofdletters (in de zaak oxidatie) of onderste hoekpunt potentieel hoger of lager, respectievelijk, het potentieel van de piek maximaal, met de bovenste of onderste hoekpunt potentieel Stel op precies op de top van de piek en met hoekpunt potentieel hoger (oxidatie) en lagere (reductie) dan potentieel van de hoogste piek. De waargenomen proces kan variëren en soms twee processen kunnen worden waargenomen onder één piek theoretisch. Vergelijk altijd de verzamelde cyclische voltammograms van de elektrolyt (stap 2.6), de ferroceen (stap 2.9), de compound (stap 2.13) en de ferroceen met stof (stap 2.19); Er zijn verschillende zaken rekening worden gehouden.
De CV-signalen van het elektrolyt en de teststof, altijd vergelijken als geen signalen uit de elektrolyt zichtbaar is op de cyclische voltammogram van de gemeten verbinding, dan de elektrolyt moet worden veranderd omdat de elektrochemische venster is te laag, of de elektrolyt is besmet. Als het signaal (redox paar) van ferroceen (stap 2.9) en ferroceen met stof (stap 2.19) op dezelfde positie, vervolgens alles is naar behoren uitgevoerd. Als de pieken zijn verschoven tussen elkaar, dan Controleer het RE en herhalen van de meting. Als het signaal (oxidatie, vermindering of redox paar potentiële) van de teststof met toegevoegde ferroceen (stap 2.19) op een hoger potentieel dan die van de zuivere samengestelde (stap 2.13), dan overwegen de waarden (oxidatie, vermindering of redox paar potentiële) uit de cyclische voltammogram van de zuivere stof. De verschuiving wordt veroorzaakt door het hogere bedrag van ferroceen in de oplossing. Wanneer twee oxidatie processen worden waargenomen, het eerste proces (oxidatie of reductie) die steeds op het WE van invloed kan zijn op het actieve vlak; Dit kan een verhoging veroorzaken in het potentieel van de oxidatie van het tweede proces (Figuur 9).

Wereldwijd, onderzoekers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe biologische materialen die kunnen worden gebruikt in organische elektronica met wenselijk prestaties of stabiliteit, die als gevolg van langdurig gebruik daalt. In het geval van organische apparaten is het belangrijk om te begrijpen van het gedrag van de vervoerder van de lading volledig regels te kennen de besturen van het gedrag van het apparaat. Analyse van het effect van de moleculaire structuur op de generatie van de vervoerder van de lading en de dynamiek en behoud van het evenwicht van de geïnjecteerde lading dragers, zowel positieve (gaten) en negatieve (elektronen), is cruciaal voor de efficiëntie en stabiliteit verbeteren van de biologische apparaten. Dit zorgt voor de effectieve recombinatie van deze individuele heffingen en daarom aanzienlijk verbetert de efficiency van de fotoluminescentie van de organische lichtemitterende diodes (OLED)1,2. Voor organische fotovoltaïsche zonne-energie (OPVs)3,4 , alsmede organische veld effect transistors (OFETs)5,6is het noodzakelijk dat materialen met hoge kosten vervoerder mobiliteit. Naast de analyse van lading dragers, verschillende belangrijke parameters van organische electroactive materialen helpen bij het voorspellen van waar het materiaal kan worden gebruikt: ionisatie potentieel (IP), elektron affiniteit (EA) energieniveaus en band-gap tussen hen7 ,8,9,10.
In dit werk presenteren we een methode voor het efficiënt meten van cyclische voltammetrie (CV) die kan worden gebruikt bij de analyse van alle soorten electroactive materialen. Deze techniek biedt informatie over redox eigenschappen, het mechanisme van doping/dedoping, de stabiliteit, de conversie en opslag van energie, enz. Het staat ook voor de schatting van de elektron affiniteit en ionisatie energie van de test-verbindingen in een veel goedkopere en snellere manier in vergelijking met andere hoog vacuüm methoden. De bovengenoemde parameters correleren met de energieniveaus van hoogste bezette moleculaire orbitaal (HOMO) en laagste unoccupied molecular orbital (LUMO).
De methode die in dit artikel kan worden gebruikt voor het analyseren van alle soorten geconjugeerd verbindingen zoals die met gedelokaliseerd π-elektronen in hun structuren. Geconjugeerd verbindingen mogelijk kleine moleculen met grote polymeer ketens. Kleine moleculen kunnen ook monomeren; tijdens de eerste reactie kunnen (fotochemische, elektrochemische of chemische) monomeren polymeren vormen. In OLED toepassing zijn het energieniveau waarden nodig om het gebruik van de juiste host voor de emitter in een thermisch geactiveerd vertraagd fluorescentie (TADF) gastheer van de gast systeem of om te bepalen waarmee verbindingen de exciplex donor-acceptor laag zou gevormd en wat extra lagen (elektronen vervoeren laag (ETL), gat vervoeren laag (HTL), elektron blokkerende laag (EBL) en gat blokkerende laag (HBL)) zal men moeten synthetiseren testing efficiënt betalen balanced OLED apparaten11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. aanvullende Electrochemische metingen laten het onderzoek van mogelijke kant reacties tijdens het proces van afbraak van de actieve laag en de vorming van lage mobile opladen dragers (bipolarons)18,19 ,20,21,22.
Koppeling elektrochemische en spectroelectrochemical methoden zorgt voor gemakkelijk, nauwkeurig en betrouwbare bepaling van de mate van oxidatie of reductie van geconjugeerd verbindingen en hun afbraak potentiële, die is van cruciaal belang voor de stabiliteit23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroscopie in combinatie met elektrochemie kan karakteriseren de fundamentele chromatische eigenschappen van alle nieuwe geconjugeerd verbindingen, zoals het wijzigen van de absorptie band tijdens de doping 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
In een studie aan de doping mechanisme gerelateerde, is het belangrijk om te bepalen welk type lading dragers. In dit proces, twee klassen van geladen quasiparticles deelnemen, een met de niet-gecompenseerde spin (polarons) en de tweede wordt diamagnetisch (bipolarons); elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectroscopie biedt onschatbare hulp, die direct kan men waarnemen en bijgehouden wijzigingen in populaties van paramagnetisch polarons29,30,31,32 . In kleine molecules, is het moeilijk om de vorm bipolarons, maar deze moleculen kunnen vrij worden vervoegd en bipolaron-inducerende eigenschappen; het is belangrijk om te controleren of en waarop mogelijke polarons en bipolarons worden gevormd in de structuur. Bipolarons zijn minstens één order lager in mobiliteit dan die van polarons; Daarom, als bipolarons worden gevormd in werkende apparaten, dan kan het leiden tot een onevenwichtige verhouding van de vervoerders van de lading, die zou leiden tot hoge stroom en oververhitting van de OLED apparaat of misschien wel de centra van afbraak33.
De methode van meting voorgesteld in deze studie is goedkoop en sneller en zorgt voor de bepaling van de meest waardevolle operationele parameters voor een groot aantal electroactive materiaal zonder de behoefte aan speciale apparatuur die zijn gebaseerd op nieuw gesynthetiseerd materialen om te controleren van de prestaties. Door toepassing van de elektrochemie en spectroelectrochemistry, is het mogelijk om te selecteren van een materiaal dat is echt veelbelovend uit honderden nieuwe materialen. Daarnaast is het mogelijk om gedetailleerde informatie betreffende de processen van doping en hun effecten op de chemische structuur van de test geconjugeerde systemen met behulp van elektrochemische en spectroelectrochemical methoden, die het mogelijk maakt de bouw van meer efficiënte biologische elektronikaapparaten.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Metrohm</td>
			<td>Autolab PGSTAT100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EPR</td>
			<td>JEOL</td>
			<td>JES-FA200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UV-Vis detector</td>
			<td>Oceanoptics</td>
			<td>QE6500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NIR detector</td>
			<td>Oceanoptics</td>
			<td>NIRQuest</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dichloromethane (DCM)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>106048</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (Bu4NBF4)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>86896</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-propanol, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>675431</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetone, 99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>439126</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasonic Bath</td>
			<td>Elma</td>
			<td>S30H</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetrahydrofuran &#62;99.9%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>401757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ferrocene &#62;98%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F408</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>decamethylferrocene &#62;97%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>378542</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using cyclic voltammetry, uv-vis-nir, and epr spectroelectrochemistry to analyze organic compounds

Cyclische voltammetrie (CV) is een techniek die is gebruikt bij de analyse van organische stoffen. Wanneer deze techniek wordt gecombineerd met elektron paramagnetisch resonantie (EPR) of ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroscopies, krijgen we nuttige informatie zoals elektronenaffiniteit, ionisatie potentieel, band-gap energieën, het soort gratis vervoerders, en aantasting van informatie die kan worden gebruikt voor het synthetiseren van stabiele organische elektronische apparaten. In dit onderzoek presenteren wij elektrochemische en spectroelectrochemical methoden voor het analyseren van de processen die zich voordoen in de actieve lagen van een organische apparaat, alsmede de gegenereerde gratis vervoerders.

De meest voorkomende toepassing van CV analyse is de schatting van IP- en EA. Hoewel er een paar manieren om CV gegevens te verkrijgen zijn, is het raadzaam voor de berekening daarvan op basis van het begin van de redox pieken (Figuur 3). Deze aanpak maakt het mogelijk de berekeningsmethode te verenigen. Niet alle van de geteste materialen ondergaan dat omkeerbaar oxidatie/vermindering processen (Figuur 3); in dergelijke situaties, het is niet mogelijk om te berekenen op basis van gemiddeld potentieel (gemiddelde van potentieel correspondeert met een maximum van kathodische-reductie en anodic-oxidatie pieken). Echter is het bijna altijd mogelijk om te draaien van de tangens tot een piek, zoals afgebeeld in Figuur 3. Met de kruising met de lijn van de achtergrond en het gebruik van vergelijkingen 1 en 2, worden de waarden voor IP- en EA geschat als 5.35 eV en −2.90 eV, respectievelijk. Er zijn ook diverse verschillende schalen gebruikt om IP- en EA gebaseerd op CV metingen te evalueren. De meest gebruikte schalen voor organische materialen −4.8 en −5.1 zijn eV als gelijkwaardig 0,00 V versus normaal waterstof elektrode (NHE). Alles van de schalen zijn echter slechts een benadering; Vergeet dit niet bij het vergelijken van verschillende resultaten. Het cruciale punt is te verklaren welke parameters werden beschouwd als voor berekeningen. In dit geval de waarde −5.1 eV is gekozen als het moet overeenkomen met de formele mogelijkheden van de ferroceen redox paar; het is in de Fermi-schaal, 0.40 V versus verzadigd kalomel elektrode (SCE) in acetonitril, die in overleg met de vorige meting.
Er zijn vele artikelen gepubliceerd met betrekking tot de analyse van CV. hierin, wij tonen wanneer het proces is niet gonna be zoals verwacht. De analyse is gebaseerd op thiofeen afgeleide: NtVTh (structuur weergegeven in Figuur 4), die ondergaat afbraak op oxidatie (Figuur 5).
NtVTh heeft twee oxidatie mogelijkheden: de eerste op 0.70 V en de tweede op 0.84 V (Figuur 5). Tijdens de eerste cyclus, de vermindering van de piek niet gerespecteerd wordt, met vermelding van een onomkeerbaar proces. Elektrochemische kenmerken van NtVTh blijkt dat de polymerisatie doet zich niet voor en na de eerste oxidatie potentiële, sommige electro-inactieve laag van reactieproducten deposito's aan het oppervlak van de elektrode, aldus belemmeren de polymerisatie-proces. Wat zichtbaar is, is de reactie met de radicale catie op de vinyl-band, waar de molecule zijn dimeren conjugatie en vorm op de elektrode verliest.
Hoewel het moeilijk is om informatie te extraheren over gratis vervoerders uit de CV, is het mogelijk onderscheid maken tussen polarons en bipolarons als ook door een UV-Vis-NIR-spectrometer ondersteund. De neutrale poly (Oivan PrThEE) werd gekenmerkt door twee brede absorptie π | π * overgangen bands met pieken maxima op λmax1 = 363 nm en λmax2 = 488 nm, aan de aromatische vorm van de afgeleide ongedoopt polythiophene gerelateerde. Tijdens de oxidatieve doping, nieuwe polaronic en bipolaronic bands gegenereerd. Het spectrum van de UV-Vis verkregen tijdens de oxidatie van poly (OiPrThEE) bleek het afnemen van de neutrale polymeer absorptie band (300-550 nm) (Figuur 6) samen met de vorming van een nieuwe band van de absorptie (550-950 nm) van de radicale caties van bithiophene en p- phenylenevinylene met maxima op 692 nm. Het punt van de isosbestic van het oxidatieproces was gelegen op 604 nm. De bipolaronic band verscheen tussen de 950 nm en 1700 nm met een maximum attractiepark 1438 nm.
EPR spectroscopie is de techniek die materialen met een ongepaard elektron detecteert, inclusief biologische radicalen39. Er zijn verschillende parameters die kunnen worden geëxtraheerd uit EPR spectra, maar een van de meest interessante is te schatten waar de radicalen zijn gelokaliseerd. Elektronen, protonen, vergelijkbaar bezitten spin. Door het plaatsen van een elektron in een extern magnetisch veld, deze spin kan worden gesplitst op twee manieren: parallel en antiparallel naar het magnetische veld, waardoor twee energieniveaus. Dit fenomeen staat bekend als het effect van de Zeeman40,41. In geval van biologische radicalen communiceert de ongepaard elektron niet alleen met het externe magnetisch veld, maar ook met magnetische kernen (kernen hebben een niet-nulzijnde spin; I≠0). Een aantal ontaarde energie-niveaus zijn gelijk aan 2I + 1, waarbij ik het nummer van de quantum spin van de kern waarmee de ongepaard elektron42 interageertis. De interactie van de ongepaard elektron met een groter aantal magnetische kernen leidt tot verdere splitsing van de energieniveaus en hyperfine structuur van EPR spectra registratie43 (Figuur 7).
Voor moleculen waar de ongepaard elektron samenwerkt met een nog groter aantal kernen, de afzonderlijke spectrale regels kunnen elkaar overlappen, wat resulteert in de registratie van een enkele, globale signaal44,45,46 (figuur 8). Dit is typisch voor geconjugeerd polymeren, waar de gegenereerde radicale ion tijdens een redox-proces gedelokaliseerd47,48 is.
De combinatie van de EPR spectroscopie met elektrochemische methoden zorgt ervoor dat de karakterisering van lading dragers (radicaal-ion) gegenereerd tijdens de redox-proces, alsmede de bepaling van het mechanisme van deze processen49,50 . Als goed opgelost (pieken worden gescheiden; niet in de vorm van een globale piek) spectra zijn geregistreerd, zoals in het geval van elektrochemische vermindering van s -tetrazine afgeleide (Figuur 7), dan is de analyse van de structuur van de hyperfine van spectra leidt tot conclusies over de lokalisatie van ongepaard elektron. Unidirectioneel om te analyseren van dit soort spectra is te voeren simulatie met speciale software en aan gesimuleerde spectra met de experimentele één51. Dit is vooral handig wanneer de hyperfine-structuur complex als gevolg van de interactie van de ongepaard elektron met grote aantallen protonen is. In het geval van de s- tetrazine afgeleide weergegeven in afbeelding 7, simulatie van EPR spectra (rode lijn) geeft aan dat de interactie van de ongepaard elektron met vier stikstof-atomen van s- tetrazine.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg"> Figuur 1: elektrochemische en spectroelectrochemical cellen die worden gebruikt voor metingen. De figuur presenteert de regeling installatie van elektrochemische/spectroelectrochemical cellen met behulp van cyclische voltammetrie, UV-zichtbaar- en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR), en elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectroelectrochemical metingen. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg"> Figuur 2: cyclische voltammetrie (CV) van correct gemeten samengestelde COPO1 (a) en de CV met een unstable verwijst naar potentiële dibenzothiophene-S, S-kooldioxide met ferroceen (b)52. De figuur toont twee cyclische voltammograms. (a) presenteert correct geregistreerd CV en (b) toont een voltammogram geregistreerd met behulp van een referentie-elektrode met geen potentiële stal. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg"> Figuur 3: cyclische voltammetrie (CV) van samengestelde COPO1 in een brede waaier van mogelijkheden. Schatting van het begin potentieel voor EA en IP-berekeningen van de COPO1 verbindingen52. EA = −2.90 eV en IP = 5.35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg"> Figuur 4. EPR zes spectrale lijn van mangaan standaard. Het paramagnetisch signaal van mangaan gebruikt voor de kalibratie van de verschuiving van het signaal. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg"> Figuur 5: cyclische voltammetrie (CV) van samengestelde NtVTh. Cyclische voltammograms van 15 mM NtVTh in 0,1 M Bu4NBF4/CH3CN en ten opzichte van ferroceen standaard presentatie van de aantasting van het proces op werken elektrode. Scanfrequentie 0.05 V/s: (een) werd meegenomen in het bereik −1.4 V aan 0.8 V, en (b) in het bereik −1.4 V naar 0,9 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg"> Figuur 6: Ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroelectrochemistry van poly (OiPrThEE) afgeleide. UV-Vis-NIR spectra presenteert de evolutie van absorptie band via de generatie van lading dragers op polymeer structuur. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg"> Figuur 7: EPR spectroelectrochemical analyse van tetrazine derivaat. (a) de structuur van de s- tetrazine afgeleide; (b) EPR spectra geregistreerd tijdens elektrochemische vermindering van s- tetrazine derivaat (zwarte lijn-experimentele en rode lijn gesimuleerde spectrum). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg"> Figuur 8: EPR spectroelectrochemical polaron signaal van het geconjugeerd polymeer. Elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectra geregistreerd tijdens de eerste stap van oxidatie van geconjugeerd polymeer (EPR spectra polaron soorten). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg"> Figuur 9: cyclische voltammetrie (CV) van ferroceen en decamethylferrocene. Vergelijking van twee elektrochemische normen als pure en als mengsel tonen van de verschuiving van de mogelijkheden. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds at JoVE.com

Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds

In dit artikel beschrijven we elektrochemische, elektron paramagnetisch resonantie en ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood spectroelectrochemical methoden voor het analyseren van organische verbindingen voor toepassing in organische elektronica.

Met behulp van cyclische voltammetrie, UV-Vis-NIR en EPR Spectroelectrochemistry voor het analyseren van organische verbindingen

Cyclic voltammetry (CV) is a technique used in the analysis of organic compounds. When this technique is combined with electron paramagnetic resonance ...

Deze methoden kunnen helpen bij het identificeren van het effect van de moleculaire structuur van elektroactieve organische moleculen op geladen dragergeneraties en dynamica, itemisatiepotentieel, elektronenaffiniteit en bindingsgrafiekwaarden. Deze methoden zijn een goedkope en snelle manier om de meest waardevolle parameters voor veel elektroactieve materialen te bepalen, zonder de noodzaak om speciale apparaten te bouwen. De gepresenteerde methode kan worden gebruikt om alle soorten elektronenactieve verbindingen te analyseren, zoals die met gedelokaliseerde bi-elektronen, waaronder kleine moleculen en grote polymere ketens.Om te beginnen met de CV-procedure, vul een schone elektrochemische cel met 1,5 milliliter elektrolyt oplossing en dop de cel met polytetrafluorethythyleen elektrode houder. Plaats werkende hulp- en referentieelektroden zo dicht mogelijk bij elkaar in de dop met de werk- en referentieelektroden zonder aan te raken. Zorg ervoor dat de elektroden worden ondergedompeld in het elektrolyt.Sluit vervolgens de elektroden aan op een potentiostat, voorzichtig te zijn niet te laten de connectoren elkaar raken. Voor een reductieanalyse, bel inert gas door de oplossing gedurende ten minste vijf minuten om opgeloste zuurstof te verwijderen. Verhoog vervolgens de inerte gasleiding boven de oplossing en laat het gas door het hele experiment stromen.Zodra de elektrochemische cel klaar is open de potentiostat software en selecteer de CV procedure. Stel het startpotentieel in op nulvolt en stel het bovenste en onderste hoekpuntspotentieel in op twee volt en nulvolt voor oxidatieanalyse, of op nulvolt en negatieve 2,5 volt voor reductieanalyse. Stel het stoppotentieel in op nulvolt.En het aantal stopovergangen naar zes. En de scansnelheid naar 0,05 volt per seconde. Geef het gegevensbestand een naam en verwerf een voltammogram.Controleer of de elektroden schoon zijn en dat opgeloste zuurstof indien van toepassing is verwijderd. Voeg vervolgens 10 microliter van een 1 millimolar furacin-oplossing toe aan het elektrolyt en verkrijg een referentiescan. Daarna, leeg en schoon de cel en de elektroden.Vul de cel met 1,5 milliliter van een 1 millimolar oplossing van de verbinding te analyseren in het elektrolyt. Sluit de cel opnieuw aan op de potentiostat en spaar de oplossing indien nodig. Stel vervolgens het startpotentieel in op nulvolt.De bovenste en onderste hoekpunt potentieel tot 0,5 volt en nul volt voor oxidatie. Of nul volt en negatieve 0,5 volt voor reductie. Het stoppotentieel tot nul volt.En het aantal stopovergangen naar 10. En de scansnelheid naar 0,05 volt per seconde. Geef het gegevensbestand een naam en verwerf deze eerste votammogram.Verhoog vervolgens het bovenste hoekpuntpotentieel met 0,1 volt voor een oxidatieanalyse of verlaag het lagere hoekpuntpotentieel met 0,1 volt voor een reductieanalyse. En voer de scan nog eens uit. Herhaal dit proces totdat de volledige piek van belang wordt waargenomen.Als opeenvolgende scans hebben verschoven potentialen reinigen van de referentie-elektrode, laat het weken in de elektrolyt oplossing voor een uur. En herhaal dan de meting. Na het voltooien van oxidatiemetingen voert u reductiemetingen uit of tegenover zich.Stel vervolgens het startpotentieel in op nulvolt, het bovenste hoekpunt op één volt, het onderste hoekpunt op negatieve 2,7 volt en het stoppotentieel op nulvolt. Voer de scan uit en pas het potentiële venster aan als dat nodig is om ervoor te zorgen dat de volledige pieken zichtbaar zijn. Herhaal het proces bij verschillende scansnelheden en in aanwezigheid van furacin.Om te beginnen de UV-Vis in de buurt ir-procedure vul een schone spectroelectrochemische cel met 0,5 milliliter van een elektrolyt oplossing. Plaats de werkende hulp- en referentieelektroden en plaats de geassembleerde cel in de spectrometer. Sluit de elektroden aan op de potentiostat en open de potentiostat- en spectrometersoftware.Neem absorptiemetingen op elke detector als een oplosmiddel leeg. Koppel vervolgens de cel los, leeg en maak de cel schoon. Vul het met een een keer 10 tot de negatieve vijfde molaire oplossing van een verbinding in het elektrolyt, of met de elektrolyt alleen als het testen van een materiaal afgezet op de werkende elektrode.Het is zeer belangrijk om de spectroelectrochemische cel goed en op de manier zo vergelijkbaar mogelijk met de specrtroelectrochemische cel die wordt gebruikt om het blanco spectrum op te nemen, alleen dit zal zorgen voor de registratie van goede resultaten. Plaats de cel in de spectrometer en sluit de elektroden opnieuw aan op de potentiostat. Breng een neutraal potentieel toe op de cel en verwerf een startspectrum.Verhoog het potentieel met 0,1 volt en wacht ongeveer 10 seconden voor het proces te stabiliseren. Dan verwerven van een ander spectrum. Zet dit proces voort totdat de eerste verandering in het spectrum wordt waargenomen.En dan dat spectrum redden. Verhoog vervolgens het potentieel met 0,05 volt. Wacht 10 seconden.En een spectrum verwerven. Herhaal dit proces totdat het eerste of tweede oxidatiepotentieel, bepaald op basis van de CV-meting, is bereikt. Dan de dope de film door het toepassen van een neutraal potentieel.Vergelijk aan het einde de spectra van de film voor oxidatie en na de doping. Om te beginnen met de EPR spectroelectrochemie procedure voor polymere materialen afgezet op een werkende elektrode, vul de spectroelectrochemische cel met het elektrolyt en plaats het in de EPR spectrometer. Stel de mangaannorm in en pas de instrumentparameters aan om alleen de derde en vierde mangaanlijnen te bedekken.Verkrijg een achtergrondspectrum, controleer op verontreinigingen en verwijder en reinig de cel. Vul vervolgens de cel bij met het elektrolyt. Plaats de elektroden in de cel met de referentie en werkende elektroden in de hulpelektrode draadspiraal, voorzichtig is om de polymere laag op de werkende elektrode niet te beschadigen.Plaats de werkende elektrode dicht bij de onderkant van de cel en de referentieelektrode in de buurt van het bovenste deel van het actieve gedeelte van de werkende elektrode. Sluit de elektroden aan op een potentiostat en plaats de cel in het instrument. Het is van cruciaal belang om spectroelectrachemische cel goed op te zetten en geen definitieve positieven op het werkende elektrodeoppervlak te vernietigen.Het verkeerd plaatsen van de werkende elektroden maakt het onmogelijk om eventuele resultaten te registreren. Pas een neutraal potentieel toe en verwerf een initieel spectrum. Verhoog vervolgens het potentieel met 0,1 volt, wacht 10 seconden tot het monster in evenwicht is en verwerf een ander spectrum.Herhaal dit proces totdat het EPR-signaal wordt weergegeven. Verhoog vervolgens het potentieel met 0,05 volt, wacht 10 seconden en verwerf een ander spectrum. Zet dit proces voort totdat het eerste of tweede oxidatiepotentieel is bereikt en draai vervolgens de potentiële stappen om en keer op dezelfde manier terug naar het startpotentieel.Pas vervolgens het potentieel toe waarop het EPR-signaal is verschenen. Schakel de mangaanverwijzing in en neem een spectrum op om een meting te verkrijgen met de derde en vierde spectrale lijn van mangaan. De aanvangsmogelijkheden van zowel omkeerbare als onomkeerbare processen kunnen worden geschat op basis van berekeningen op basis van het snijpunt van lijnen die raakvlakken hebben tot de CV-pieken met de achtergrond, aangepast voor het referentiemateriaal.UV-Vis in de buurt van IR spectroscopie van dit polythiofende tonen de neutrale polymeerabsorptieband die afneemt en nieuwe polaronische en bipolaire absorptiebanden vormen tijdens oxidatieve doping, met een isosbestic punt op 604 nanometer. De nieuwe polaronische band van 550 tot 950 nanometer werd toegeschreven aan de radicale kations van biothiëfene en parafennyleen fenyleen. Een nieuwe bipolaire band werd waargenomen tussen 950 en 1700 nanometer.EPR spectroscopie tijdens de reductie van dit S-tetrazine derivaat toonde een hyper fijn splitsingspatroon dat overeenkomt met een simulatie in overeenstemming met de interactie van een ongepaard elektron met de vier stikstofatomen van S-tetrazine. Een enkel breed EPR-signaal wordt vaak waargenomen van geconjugeerde polymeren, wat wijst op significante delokalisatie van de radicale ionen die worden gegenereerd door het redux-proces van belang. Tijdens het uitvoeren van reductieanalyse tijdens deze procedure moet u de oplossing voor de meting goed de dope deseren om interferentie van de zelfzuurstof te voorkomen.Na deze procedure kunnen het ionisatiepotentieel van de elektronenaffiniteit en de bandkap van het onderzochte materiaal worden geschat op basis van de gegevens. Met behulp van deze procedure u de impact van chemische structuur op de onderzochte eigenschappen voor een groep materialen bepalen.

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Molecules, Compounds, and Chemical Equations

SCIENTISTS IN ACTION

Analysis of Volatile and Oxidation Sensitive Compounds Using a Cold Inlet System and Electron Impact Mass Spectrometry

Analyse van vluchtige en oxidatie gevoelige verbindingen met behulp van een Cold Inlaat Systeem en Electron Impact Massaspectrometrie

This video presents a protocol for the mass spectrometrical analysis of volatile and oxidation sensitive compounds using electron impact ionization. The ...

Development of a Backbone Cyclic Peptide Library as Potential Antiparasitic Therapeutics Using Microwave Irradiation

Ontwikkeling van een Backbone cyclisch peptide bibliotheek als potentieel antiparasitaire Therapeutics behulp van microgolfstraling

Protein-protein interactions (PPIs) are intimately involved in almost all biological processes and are linked to many human diseases. Therefore, there is ...

Synthesis of Cyclic Polymers and Characterization of Their Diffusive Motion in the Melt State at the Single Molecule Level

Synthese van cyclische polymeren en karakterisering van hun Diffusive Motion in de Smelt staat bij de Single Molecule niveau

We demonstrate a method for the synthesis of cyclic polymers and a protocol for characterizing their diffusive motion in a melt state at the single ...

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Using Capillary Electrophoresis to Quantify Organic Acids from Plant Tissue: A Test Case Examining Coffea arabica Seeds

Met behulp van capillaire elektroforese te kwantificeren organische zuren uit Plant Tissue: A Case Test Onderzoeken<em&gt; Coffea arabica</em&gt; Zaden

Carboxylic acids are organic acids containing one or more terminal carboxyl (COOH) functional groups. Short chain carboxylic acids (SCCAs; carboxylic ...

Fizzy Extraction of Volatile Organic Compounds Combined with Atmospheric Pressure Chemical Ionization Quadrupole Mass Spectrometry

Fizzy Extractie van vluchtige organische verbindingen gecombineerd met atmosferische druk Chemische ionisatie Quadrupole Mass Spectrometry

Chemical analysis of volatile and semivolatile compounds dissolved in liquid samples can be challenging. The dissolved components need to be brought to ...

Grafting Multiwalled Carbon Nanotubes with Polystyrene to Enable Self-Assembly and Anisotropic Patchiness

Multiwalled koolstof Nanotubes met polystyreen om zelf-assemblage en anisotrope vlekkerigheid enten

We demonstrate a straightforward protocol to graft pristine multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with polystyrene (PS) chains at the sidewalls through a ...

Time-resolved Photophysical Characterization of Triplet-harvesting Organic Compounds at an Oxygen-free Environment Using an iCCD Camera

Time-resolved fotofysische karakterisering van Triplet-oogst organische verbindingen in een zuurstofvrije omgeving met behulp van een iCCD Camera

Here, we present a sensible method of the acquisition and analysis of time-resolved photoluminescence using an ultrafast iCCD camera. This system enables ...

Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds

Raman en IR Spectroelectrochemical methoden als hulpmiddelen voor het analyseren van geconjugeerd organische stoffen

In the presented work, two spectroelectrochemical techniques are discussed as tools for the analysis of the structural changes occurring in the molecule ...

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Controlled Photoredox Ring-Opening Polymerization of O-Carboxyanhydrides Mediated by Ni/Zn Complexes

Gecontroleerd Photoredox Ring-Opening polymerisatie van O- Carboxyanhydrides gemedieerd door Ni/Zn complexen

Here, we describe an effective protocol that combines photoredox Ni/Ir catalysis with the use of a Zn-alkoxide for efficient ring-opening polymerization, ...

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks (MOFs)

Development of Heterogeneous Enantioselective Catalysts using Chiral Metal-Organic Frameworks MOFs

Ontwikkeling van heterogene enantioselectieve katalysatoren met behulp van chirale metaal-organische kaders (Mof's)

Substrate size discrimination by the pore size and homogeneity of the chiral environment at the reaction sites are important issues in the validation of ...