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

Les auteurs remercient l’appui financier du projet « Excilight » « Donneur-accepteur Light Emitting Exciplexes comme matériaux pour facile-à-tailleur foudre OLED ultra efficace » (H2020-ACEM-ITN-2015/674990) financé par Marie Skłodowska-Curie Actions dans le cadre du programme de recherche et d’innovations « Horizon-2020 ».

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Techniques électrochimiques et spectroélectrochimiques n’avoir aucune restriction ; On peut analyser tant à l’état solide et des solutions liquides dans un large éventail de conditions de température et autres avec ces techniques. La chose importante dans tous ces cas, c’est que les composés/matériaux sont analysées sous le potentiel appliqué, reproduisant les conditions du monde réel pour l’utilisation des dispositifs de l’électronique organique. La seule différence est que, en électrochimie, la formation de porteurs de charge, est observée.
Les méthodes présentées ici montrent l’utilité de l’analyse des transporteurs chargés générée en composés organiques qui sont en corrélation avec leur applicabilité dans l’électronique organique. En outre, les techniques électrochimiques et spectroélectrochimiques sont moins cher et moins exigeante que celle des méthodes typiques utilisées dans l’analyse de porteur de charge, mais il y a des étapes critiques et modifications au protocole qui sont nécessaires selon le résultats obtenus.
Au cours de la caractérisation électrochimique, toujours commencer avec une concentration particulière. Si l'on compare un ensemble des composés, puis tous les matériaux ont besoin d’avoir la même concentration molaire. Le mieux est de commencer par la concentration de 1 mM et 50 mV/s scan taux comme il est indiqué dans le protocole de cette étude, mais il est bon de connaître la concentration de l’échantillon sur le comportement électrochimique observé. Toujours essayer de mesurer au moins trois balayages. Les deux premiers scans sont habituellement différents parce que les conditions initiales (équilibre) sont différentes. La deuxième et la troisième analyse devrait être le même. Si les scans de deuxième et troisième sont les mêmes, il n’y a probablement aucune réactions secondaires observées dans ce système (Figure 2 a). Dans un processus d’oxydation, un nouveau record à un potentiel inférieur s’affiche indiquant que le matériau conducteur a été déposé sur le WE18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. Si la hauteur de la crête inférieure augmente dans les analyses successives, le polymère conjugué était probablement déposé18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. si tous les courants diminuent dans les analyses successives, la conductrice produit de dégradation a été déposé sur l’électrode. Si l'on observe un pic très faible avant l’oxydation principale ou le pic de réduction (en particulier des polymères), alors c’est probablement responsable piégeage processus19,23,31,34. Si l'on observe un pic de dedoping très forte d’oxydation ou de réduction, alors c’est probablement causé par la décomposition des structures cristallines sur une électrode formée à travers le processus électrocristallisation durant l’oxydation35.
Toujours vérifier le comportement de l’essai composé avant, pendant et après les sommets de l’oxydo-réduction. Cela signifie qu’au moins trois balayages de CV doivent être enregistrés : avec le plus faible potentiel de vertex inférieure ou supérieure ou supérieur (dans l’affaire oxydation), respectivement, puis le potentiel du maximum du pic, sommet inférieur ou supérieur potentiel valeur exactement sur le pic maximal et avec Sommet des potentiels plus élevés (oxydation) et inférieur (réduction) du potentiel de la valeur maximale de crête. Le processus observé peuvent varier et parfois deux processus peuvent être observées sous une crête théoriquement. Toujours comparer les voltampérogrammes cycliques recueillies de l’électrolyte (étape 2.6), le ferrocène (étape 2,9), le composé (étape 2.13) et le ferrocène avec composé (étape 2.19) ; Il y a plusieurs questions à prendre en compte.
Comparez toujours les signaux de CV de l’électrolyte et la substance, à tester si tous les signaux de l’électrolyte est visible sur le voltamogramme cyclique du composé mesuré, puis l’électrolyte doit être changé car sa fenêtre électrochimique est trop faible, ou la électrolyte est contaminée. Si le signal (couple redox) du ferrocène (étape 2,9) et le ferrocène avec composé (étape 2.19) sont à la même position, puis tout est exécutée correctement. Si les sommets sont décalés entre eux, puis vérifiez le RE et recommencez la mesure. Si le signal (oxydation, réduction ou couple rédox potentiels) de la substance avec le ferrocène ajouté (étape 2.19) d’essai est à un potentiel plus élevé que celui de la pure composé (étape 2.13), puis examiner les valeurs (oxydation, réduction ou redox couple potentiel) de le voltamogramme cyclique du composé pur. Le changement est causé par le montant le plus élevé du ferrocène dans la solution. Lorsqu’on observe les deux procédés d’oxydation, le premier processus (oxydation ou réduction) qui est toujours sur le WE susceptibles d’affecter la surface active ; Cela peut provoquer une augmentation du potentiel d’oxydation concernant le deuxième processus (Figure 9).

Dans le monde entier, chercheurs cherchent continuellement de nouvelles matières organiques qui peuvent être utilisés dans l’électronique organique performant souhaitable ou stabilité, ce qui diminue en raison d’une utilisation prolongée. Dans le cas de dispositifs organiques, il est important de comprendre le comportement du porteur de la charge à bien connaître les règles du comportement du dispositif de conduite. Analyse de l’effet de la molecular structure sur la génération de porteur de la charge et la dynamique et le maintien de l’équilibre injecté des porteurs de charge, les deux résultats positifs (trous) et négatives (électrons), est cruciale pour améliorer l’efficacité et la stabilité des dispositifs organiques. Cela garantit la recombinaison efficace de ces charges individuelles et par conséquent améliore considérablement l’efficacité de la photoluminescence de l’électroluminescent organique à diodes (OLED)1,2. Pour le photovoltaïque organique (pollinisation)3,4 , ainsi que le champ organique effet transistors (OFETs)5,6, il est nécessaire de disposer de matériaux avec mobilité de porteur de charge élevée. Outre l’analyse des porteurs de charge, plusieurs paramètres importants de matériaux électroactifs organique aident à prédire où le matériau pourrait être utilisé : potentiel d’ionisation (pi), les niveaux d’énergie électronique affinité (EA) et bande interdite entre eux7 ,8,9,10.
Dans ce travail, nous présentons une méthode pour la mesure efficace de voltampérométrie cyclique (CV) qui peut être utilisé dans l’analyse de tous les types de matériaux électroactifs. Cette technique fournit des informations sur les propriétés redox, le mécanisme de dopage/dedoping, la stabilité, la conversion et le stockage d’énergie, etc.. Il permet également l’estimation de l’énergie des électrons affinité et ionisation des composés test une manière beaucoup moins cher et plus rapide par rapport aux autres méthodes sous vide élevés. Les paramètres susmentionnés sont corrélés avec les niveaux d’énergie de l’orbitale moléculaire occupée plus élevé (HOMO) et plus bas inoccupé orbitale moléculaire (LUMO).
La méthode présentée dans cet article peut être utilisée pour analyser tous les types de composés conjugués tels que ceux avec les électrons π délocalisés dans leurs structures. Composés conjugués peuvent être petites molécules ayant des grandes chaînes polymériques. Petites molécules peuvent également être des monomères ; au cours de la réaction initiale des monomères (photochimiques, électrochimiques ou chimiques) peuvent former des polymères. En application de l’OLED, les valeurs de niveau d’énergie sont nécessaires pour permettre l’utilisation de l’hôte correct pour l’émetteur dans un thermiquement activées retardé système chef invité par fluorescence (TADF) ou pour décider avec qui des composés la couche de donneur-accepteur exciplexe pourrait être formé et quelles épaisseurs supplémentaires (electron transport couche (ETL), trou transport couche (HTL), couche de blocage électron (EBL) et couche de blocage trou (HBL)) sera nécessaires pour synthétiser stable chargé efficacement équilibrés dispositifs OLED11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. autres mesures électrochimiques permettent l’étude des réactions secondaires possibles au cours du processus de dégradation de la couche active et la formation de basse mobile porteurs de charge (bipolarons)18,19 ,20,21,22.
Couplage électrochimique et spectroélectrochimiques méthodes permettant la détermination facile, précise et fiable du degré d’oxydation ou réduction de composés conjugués et leur dégradation potentielle, qui est cruciale pour la stabilité23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. ultraviolet-visible et proche infrarouge spectroscopie (UV-Vis-NIR) couplée à l’électrochimie peut caractériser les propriétés chromatiques fondamentales de tous les nouveaux composés conjugués, tels que le changement de la bande d’absorption au cours de dopage 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
Dans une étude concernant le mécanisme de dopage, il est important de définir le type de porteurs de charge. Dans ce processus, deux classes de quasi-particules chargées participent, un avec spin sans compensation (polarons) et le second étant diamagnétique (bipolarons) ; par spectroscopie de résonance paramagnétique (EPR) fournit une aide indispensable, ce qui permet directement d’observer et de suivre les changements dans les populations de paramagnétique polarons29,30,31,32 . Dans les petites molécules, il est difficile de forme bipolarons, mais ces molécules peuvent être conjugués assez et ont des propriétés inductrices de bipolaron ; Il est important de vérifier si et au cours de laquelle les potentiels polarons et bipolarons se forment dans la structure. Bipolarons sont au moins un ordre inférieur en mobilité à celui de polarons ; par conséquent, si bipolarons se forment dans les dispositifs de travail, alors il pourrait conduire à un ratio déséquilibré les porteurs de charge, qui se traduirait par un courant élevé et une surchauffe de l’appareil OLED ou peut-être les centres de dégradation33.
La méthode de mesure proposé dans cette étude est bon marché et plus rapide et permet la détermination des paramètres du dispositif plus précieux pour un grand nombre de matériaux électroactifs sans besoin de dispositifs spéciaux basés sur nouvellement synthétisé matériaux pour vérifier ses performances. En appliquant l’électrochimie et spectroélectrochimie, il est possible de choisir un matériau qui est vraiment prometteur parmi la centaine de nouveaux matériaux. En outre, il est possible d’obtenir des informations détaillées sur les processus de dopage et leurs effets sur la structure chimique de l’essai conjugué systèmes électrochimiques et spectroélectrochimiques méthodes, ce qui permet de construire plus dispositifs de l’électronique organique efficace.

<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

Voltamétrie cyclique (CV) est une technique utilisée dans l’analyse de composés organiques. Lorsque cette technique est combinée avec la résonance paramagnétique électronique (RPE) ou ultraviolet-visible et proche infrarouge spectroscopies (UV-Vis-NIR), nous obtenons des informations utiles telles que le type de, énergies de bande interdite, potentiel d’ionisation, affinité électronique porteurs de charge et les informations de dégradation qui peuvent être utilisées pour synthétiser des dispositifs Electroniques organiques stables. Dans cette étude, nous présentons électrochimiques et spectroélectrochimiques méthodes pour analyser les processus qui se produisent dans les couches actives d’un dispositif organique ainsi que les porteurs de charge générée.

L’application la plus courante de l’analyse de CV est l’estimation de la propriété intellectuelle et EA. Bien qu’il y a deux manières d’obtenir des données de CV, il est fortement recommandé de calculer leur évolution l’apparition des pics d’oxydo-réduction (Figure 3). Cette approche permet d’unifier la méthode de calcul. Pas les matériaux testés sont soumis à des processus réversible oxydo-réduction (Figure 3) ; dans de telles situations, il n’est pas possible de calculer la base en moyenne potentiels (moyenne de potentiels correspondent à un maximum de pics cathodique-réduction et oxydation anodique). Toutefois, il est presque toujours possible de faire fonctionner la tangente à un sommet, tel qu’illustré à la Figure 3. À l’intersection avec la ligne de fond et l’utilisation des équations 1 et 2, les valeurs de la propriété intellectuelle et EA sont estimées à 5,35 eV et −2.90 eV, respectivement. Il y a aussi plusieurs différentes échelles utilisées pour évaluer les IP et EA basés sur des mesures de CV. Le plus couramment utilisé des échelles pour les matières organiques sont −4.8 et −5.1 eV comme équivalant à 0,00 V par rapport à l’hydrogène Normal électrode (NHE). Cependant, toutes les échelles ne sont que des approximations ; Rappelez-vous ceci lors de la comparaison des résultats différents. L’essentiel est de dire quels sont les paramètres ont été considérées pour les calculs. Dans ce cas, la valeur −5.1 eV a été choisi car il doit correspondre au potentiel formel du couple redox ferrocène ; dans l’échelle de Fermi, c’est de 0,40 V contre électrode de Calomel saturée (SCE) dans l’acétonitrile, qui est en accord avec la mesure précédente.
Il y a de nombreux articles publiés concernant l’analyse du CV dans les présentes, nous montrons que lorsque le processus ne va pas être comme il est prévu. L’analyse repose sur les dérivés de thiophène : NtVTh (structure, illustré à la Figure 4), qui subit une dégradation à oxydation (Figure 5).
NtVTh a deux potentiels d’oxydation : la première à 0,70 V et le second à 0,84 V (Figure 5). Durant le premier cycle, le pic de réduction n’est pas été respecté, ce qui indique un processus irréversible. Caractéristiques électrochimiques des NtVTh montrent que la polymérisation ne se produit pas après le premier potentiel d’oxydation, certains electro-inactif couche de produits de réaction dépose à la surface de l’électrode, entravant ainsi le processus de polymérisation. Ce qui est visible est la réaction avec le cation radical sur la liaison de vinyle, lorsque la molécule perd sa conjugaison et forme des dimères sur l’électrode.
S’il est difficile d’extraire des informations sur les porteurs de charge de la CV, il est possible de distinguer les polarons et bipolarons lorsque pris en charge par un spectrophotomètre UV-Vis-NIR. Le poly neutre (OiPrThEE) a été caractérisé par deux grande absorption π | bandes avec des maxima de pics à λmax1 les transitions π * = 363 nm et λmax2 = 488 nm, associé à la forme aromatique du dérivé polythiophène non dopé. Pendant le dopage oxydatif, nouvelles bandes polaronic et bipolaronic sont générés. Le spectre UV-Vis, obtenu au cours de l’oxydation de poly (OiPrThEE) a révélé la diminution de la bande d’absorption de polymère neutre (300 à 550 nm) (Figure 6) ainsi que la formation d’une nouvelle bande d’absorption (550-950 nm) des cations radicalaires de bithiophene et p- phenylenevinylene avec des maxima à 692 nm. Le point isobestique du processus d’oxydation se trouvait à 604 nm. Le groupe bipolaronic est apparu entre le 950 nm et 1700 nm avec un maximum situé à 1438 nm.
Spectroscopie RPE est la technique qui détecte les matériaux possédant un électron non apparié, ce qui inclut des radicaux organiques39. Il y a plusieurs paramètres qui peuvent être extraites de spectres rpe, mais une des plus intéressantes consiste à estimer où les radicaux sont localisées. Électrons, semblables à des protons, possèdent de spin. En plaçant un électron dans un champ magnétique externe, ce spin peut être fendu de deux façons : parallèle et antiparallèle au champ magnétique, ce qui donne deux niveaux d’énergie. Ce phénomène est connu comme l’effet Zeeman40,41. Dans le cas des radicaux organiques, l’électron interagit non seulement avec le champ magnétique externe, mais aussi avec des noyaux magnétiques (les noyaux qui ont un spin non nul ; I≠0). Un certain nombre de niveaux d’énergie dégénérés est égal à 2I + 1, où I est le nombre quantique de spin du noyau que l’électron interagit42. L’interaction de l’électron non apparié avec un plus grand nombre de noyaux magnétiques conduit à diviser davantage de niveaux d’énergie et à la structure hyperfine de l’enregistrement des spectres rpe43 (Figure 7).
Pour les molécules où l’électron interagit avec un nombre encore plus grand de noyaux, la raie spectrale individuel pourraient se chevauchent, qui se traduit par l’enregistrement d’un signal unique, large44,45,46 (Figure 8). Ceci est typique pour des polymères conjugués, où l’ion radicale générée lors d’un processus d’oxydo-réduction est délocalisé47,48.
La combinaison de spectroscopie RPE avec méthodes électrochimiques permet la caractérisation des porteurs de charge (ion radicalaire) générés pendant le processus d’oxydo-réduction, mais aussi la détermination du mécanisme de ces processus49,50 . Si bien résolues (pics sont séparés ; pas sous la forme d’un pic large) spectres sont enregistrés, comme dans le cas de la réduction électrochimique du s -tetrazine dérivé (Figure 7), puis l’analyse de la structure hyperfine des spectres conduit à conclusions au sujet de la localisation de l’électron non apparié. Une façon d’analyser ce genre de spectres est d’effectuer la simulation avec un logiciel spécial et pour s’adapter à des spectres simulés avec l’expérimental un51. Ceci est particulièrement utile lorsque la structure hyperfine est complexe en raison de l’interaction de l’électron non apparié avec un grand nombre de protons. Dans le cas du dérivé de tetrazine - sillustré à la Figure 7, simulation des spectres rpe (ligne rouge) indique l’interaction de l’électron non apparié avec quatre atomes d’azote de s- tetrazine.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg"> Figure 1 : électrochimiques et spectroélectrochimiques cellules utilisés pour les mesures. La figure présente la configuration système des cellules électrochimiques/spectroélectrochimiques à l’aide de voltampérométrie cyclique, UV-visible et proche infrarouge (UV-Vis-NIR) et les électrons des mesures spectroélectrochimiques résonance paramagnétique (RPE). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg"> Figure 2 : voltampérométrie cyclique (CV) de COPO1 composé correctement mesurées (a) et le CV avec un instable de référence potentiels dibenzothiophène-S, S-dioxyde avec ferrocène (b)52. La figure montre deux voltampérogrammes cycliques. (a) présente correctement enregistré CV et (b) montre un voltamogramme enregistrée à l’aide d’une électrode de référence avec aucun potentiel stable. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg"> Figure 3 : voltampérométrie cyclique (CV) du composé COPO1 dans un large éventail de potentiels de. Évaluation des potentiels pour les calculs de EA et de la propriété intellectuelle de la COPO1 apparition composés52. EA = −2.90 eV et IP = 5,35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg"> Figure 4. Raies spectrales RPE six de manganèse standard. Le signal paramagnétique de manganèse utilisé pour l’étalonnage de l’évolution du signal. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg"> Figure 5 : voltamétrie cyclique (CV) des composés NtVTh. Voltampérogrammes cycliques de 15 mM NtVTh à 0,1 M Bu4NBF4/CH3CN et par rapport à la norme de ferrocène présentant le processus de dégradation sur l’électrode de travail. Vitesse de balayage 0,05 V/s : (un) a été prise dans l’intervalle −1, 4 V à 0,8 V et (b) dans l’intervalle −1, 4 V à 0,9 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg"> Figure 6 : Ultraviolet-visible et proche infrarouge (UV-Vis-NIR) spectroélectrochimie du dérivé de poly (OiPrThEE). Spectres UV-Vis-NIR présentant l’évolution de la bande d’absorption à travers la génération des porteurs de charge sur la structure du polymère. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg"> Figure 7 : analyse spectroélectrochimiques EPR du dérivé tetrazine. (a) structure du s- tetrazine dérivé ; (b) les spectres rpe enregistrés pendant la réduction électrochimique du stetrazine - dérivé (spectre simulé noir ligne ligne expérimentale et rouge). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg"> Figure 8 : EPR spectroélectrochimiques polaron signal du polymère conjugué. Spectres rpe (EPR) enregistrées au cours de la première étape de l’oxydation du polymère conjugué (spectres rpe polaron espèces). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg"> Figure 9 : voltampérométrie cyclique (CV) du ferrocène et decamethylferrocene. Comparaison de deux normes électrochimiques comme pure et mélange montrant l’évolution du potentiel. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>

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

Dans cet article, nous décrivons électrochimique, résonance paramagnétique électronique et les méthodes de spectroélectrochimiques ultraviolet-visible et proche infrarouge pour l’analyse des composés organiques pour application en électronique organique.

À l’aide de voltampérométrie cyclique, UV-Vis-NIR et EPR spectroélectrochimie pour analyser les composés organiques

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

Ces méthodes peuvent aider à identifier l’effet de la structure moléculaire des molécules organiques électro-actives sur les générations et la dynamique des porteurs chargés, le potentiel d’itemization, l’affinité électronique et les valeurs graphiques obligataires. Ces méthodes sont un moyen bon marché et rapide de déterminer les paramètres les plus précieux pour de nombreux matériaux électro-actifs, sans avoir besoin de construire des dispositifs spéciaux. La méthode présentée peut être utilisée pour analyser tous les types de composés actifs électroniques, tels que ceux avec des bi-électrons délocalisés, y compris les petites molécules et les grandes chaînes polymériques.Pour commencer la procédure cv, remplissez une cellule électrochimique propre avec 1,5 millilitres de solution d’électrolyte et capuchon de la cellule avec support d’électrode de polytétrafluoroéthylène. Insérez des électrodes auxiliaires et de référence de travail dans le bouchon avec les électrodes de travail et de référence aussi proches les unes des autres que possible sans toucher. Assurez-vous que les électrodes sont immergées dans l’électrolyte.Ensuite, connectez les électrodes à un potentiostat, en prenant soin de ne pas laisser les connecteurs se toucher les uns les autres. Pour une analyse de réduction, bulle de gaz inerte à travers la solution pendant au moins cinq minutes pour enlever l’oxygène dissous. Soulevez ensuite la conduite de gaz inerte au-dessus de la solution et laissez le gaz couler tout au long de l’expérience.Une fois que la cellule électrochimique est prête, ouvrez le logiciel potentiostat et sélectionnez la procédure CV. Réglez le potentiel de démarrage à zéro volts et réglez les potentiels de vertex supérieurs et inférieurs à deux volts et zéro volts pour l’analyse d’oxydation, ou à zéro volts et négatifs 2,5 volts pour l’analyse de réduction. Réglez le potentiel d’arrêt à zéro volts.Et le nombre de passages à niveau d’arrêt à six. Et le taux de balayage à 0,05 volts par seconde. Nommez le fichier de données et acquérez un voltammogramme.Vérifiez que les électrodes sont propres et que l’oxygène dissous a été retiré le cas échéant. Ajouter ensuite 10 microlitres d’une solution de furacine d’un millimolaire à l’électrolyte et acquérir un scan de référence. Après cela, videz et nettoyez la cellule et les électrodes.Remplissez la cellule de 1,5 millilitres d’une solution millimolaire du composé à analyser dans l’électrolyte. Reconnectez la cellule au potentiostat et sparge la solution si nécessaire. Réglez ensuite le potentiel de démarrage à zéro volts.Le sommet supérieur et inférieur potentiel à 0,5 volts et zéro volts pour l’oxydation. Ou zéro volts et négatif 0,5 volts pour la réduction. Le potentiel d’arrêt à zéro volts.Et le nombre de passages à niveau d’arrêt à 10. Et le taux de balayage à 0,05 volts par seconde. Nommez le fichier de données et acquérez ce votammogramme initial.Augmentez ensuite le potentiel du vertex supérieur de 0,1 volt pour une analyse d’oxydation ou diminuez le potentiel de vertex inférieur de 0,1 volt pour une analyse de réduction. Et exécutez le scan à nouveau. Répétez ce processus jusqu’à ce que le pic d’intérêt complet soit observé.Si les scans successifs ont déplacé les potentiels nettoyer l’électrode de référence, laissez-la tremper dans la solution d’électrolyte pendant une heure. Et puis répéter la mesure. Après avoir effectué des mesures d’oxydation, effectuer des mesures de réduction ou vis versa.Réglez ensuite le potentiel de démarrage à zéro volts, le sommet supérieur à un volt, le sommet inférieur à 2,7 volts négatifs, et le potentiel d’arrêt à zéro volts. Exécutez l’analyse et ajustez la fenêtre potentielle au besoin pour vous assurer que les pics complets sont visibles. Répétez le processus à différents taux d’analyse et en présence de furacin.Pour commencer la procédure UV-Vis près de l’IR remplir une cellule spectroélectrochimique propre avec 0,5 millilitres d’une solution d’électrolyte. Insérez les électrodes auxiliaires et de référence de travail et placez la cellule assemblée dans le spectromètre. Connectez les électrodes au potentiostat et ouvrez le logiciel potentiostat et spectromètre.Prenez des mesures d’absorption sur chaque détecteur comme un vide solvant. Puis déconnecter, vider et nettoyer la cellule. Remplissez-le avec une solution une fois 10 à la cinquième molaire négative d’un composé dans l’électrolyte, ou avec l’électrolyte seul si vous testez un matériau déposé sur l’électrode de travail.Il est très important de mettre en place la cellule spectroélectrochimique correctement et de la manière la plus similaire possible à la cellule spectroélectrochimique utilisée pour enregistrer le spectre vierge, mais cela assurera l’enregistrement de bons résultats. Placez la cellule dans le spectromètre et reconnectez les électrodes au potentiostat. Appliquer un potentiel neutre à la cellule et acquérir un spectre de départ.Augmentez le potentiel de 0,1 volt et attendez environ 10 secondes pour que le processus se stabilise. Puis acquérir un autre spectre. Continuez ce processus jusqu’à ce que le premier changement soit observé dans le spectre.Et puis sauver ce spectre. Ensuite, augmenter le potentiel de 0,05 volts. Attends 10 secondes.Et acquérir un spectre. Répétez ce processus jusqu’à ce que le premier ou le deuxième potentiel d’oxydation, déterminé à partir de la mesure cv, soit atteint. Puis de dope le film en appliquant un potentiel neutre.À la fin, comparez les spectres du film avant l’oxydation et après le dopage. Pour commencer la procédure de spectroélectrochimie EPR pour les matériaux polymériques déposés sur une électrode de travail, remplissez la cellule spectroélectrochimique avec l’électrolyte et placez-la dans le spectromètre EPR. Configurer la norme du manganèse et ajuster les paramètres de l’instrument pour ne couvrir que les troisième et quatrième lignes de manganèse.Acquérir un spectre d’arrière-plan, vérifier les contaminants, puis enlever et nettoyer la cellule. Ensuite, remplissez la cellule avec l’électrolyte. Placez les électrodes dans la cellule avec les électrodes de référence et de travail à l’intérieur de la spirale de fil d’électrode auxiliaire, en prenant soin de ne pas endommager la couche polymérique sur l’électrode de travail.Placez l’électrode de travail près du fond de la cellule et l’électrode de référence près de la partie supérieure de la section active de l’électrode de travail. Connectez les électrodes à un potentiostat et placez la cellule dans l’instrument. Il est essentiel de mettre en place correctement la cellule spectroélectrochimique et de ne pas détruire les points positifs définitifs sur la surface de l’électrode de travail.En plaçant incorrectement les électrodes de travail, il est impossible d’enregistrer des résultats. Appliquer un potentiel neutre et acquérir un spectre initial. Augmentez ensuite le potentiel de 0,1 volt, attendez 10 secondes que l’échantillon s’équilibre et acquérez un autre spectre.Répétez ce processus jusqu’à ce que le signal EPR apparaisse. Augmentez ensuite le potentiel de 0,05 volts, attendez 10 secondes et acquérez un autre spectre. Continuez ce processus jusqu’à ce que le premier ou le deuxième potentiel d’oxydation soit atteint, puis inverser les étapes potentielles et revenir au potentiel de départ de la même manière.Appliquez ensuite le potentiel auquel le signal EPR est apparu. Permettre la référence au manganèse, et enregistrer un spectre pour obtenir une mesure avec les troisième et quatrième lignes spectrales de manganèse. Les potentiels d’apparition des processus réversibles et irréversibles peuvent être estimés à partir de calculs basés sur l’intersection des lignes tangentes aux pics cv avec l’arrière-plan, ajustés pour le matériau de référence.UV-Vis près de spectroscopie IR de ce dérivé du polythiophénène montrent la bande d’absorption neutre des polymères décroissant et de nouvelles bandes d’absorption polaronique et bipolaire se formant pendant le dopage oxydatif, avec un point isosbestique à 604 nanomètres. La nouvelle bande polaronique de 550 à 950 nanomètres a été attribuée aux cations radicales du biothiophénène et du phénylène paraphénylène. Une nouvelle bande bipolaire a été observée entre 950 et 1700 nanomètres.La spectroscopie d’EPR pendant la réduction de ce dérivé de S-tetrazine a montré un modèle hyper fin de division qui a assorti une simulation compatible à l’interaction d’un électron non apparié avec les quatre atomes d’azote de S-tetrazine. Un seul signal EPR large est souvent observé à partir de polymères conjugués, ce qui indique une localisation significative de l’ion radical généré par le processus d’intérêt redux. Tout en effectuant une analyse de réduction au cours de cette procédure assurez-vous de doper correctement la solution avant la mesure pour éviter toute interférence de l’oxygène auto.Après cette procédure, le potentiel d’ionisation par affinité électronique et le capuchon de bande du matériau étudié peuvent être estimés à partir des données. En utilisant cette procédure, vous pouvez déterminer l’impact de la structure chimique sur les propriétés étudiées pour un groupe de matériaux.

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