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

Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno finanziario del progetto "Excilight" "Donatore-accettore Light Emitting Tespesio come materiali per facile-a-tailor Lightning OLED ultra-efficiente" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) finanziato da Marie Skłodowska-Curie Azioni nell'ambito del programma quadro per la ricerca e innovazioni "Horizon 2020".

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Tecniche di elettrochimica e Spettroelettrochimica non hanno limitazioni; si può analizzare sia allo stato solido e liquidi soluzioni in una vasta gamma di temperatura e altre condizioni con queste tecniche. La cosa importante in tutti questi casi è che i composti/materiali vengono analizzati sotto il potenziale applicato, replicando le condizioni del mondo reale per l'utilizzo di dispositivi di elettronica organica. L'unica differenza è che in elettrochimica, la formazione di portatori di carica, è osservata.
I metodi presentati qui illustrano l'utilità dell'analisi di portatori generati nei composti organici che correlano con la loro applicabilità in elettronica organica. Inoltre, le tecniche di elettrochimica e Spettroelettrochimica sono meno costosi e meno esigenti di quello dei tipici metodi utilizzati nell'analisi di vettore di carica, ma ci sono alcuni passaggi critici e modifiche del protocollo che sono necessari a seconda del risultati ottenuti.
Durante la caratterizzazione elettrochimica, iniziare sempre con una particolare concentrazione. Se un insieme dei composti è rispetto, tutti i materiali hanno bisogno di avere la stessa concentrazione molare. Il migliore è di iniziare con concentrazione di 1 mM e 50 mV/s velocità di scansione come indicato nel protocollo in questo studio, ma è bene sapere che la concentrazione del campione sul comportamento elettrochimico osservato. Sempre cercare di misurare almeno tre scansioni. Le prime due scansioni sono solitamente differenti perché le condizioni di partenza (equilibrio) sono diverse. Il secondo e il terza scansioni dovrebbero essere lo stesso. Se le scansioni seconda e terza sono uguali, quindi non ci sono probabilmente nessun reazioni collaterali osservati in questo sistema (Figura 2a). In un processo di ossidazione, un nuovo picco a un potenziale inferiore appare mostrando che il materiale conduttivo è stato depositato il WE18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. se l'altezza del picco inferiore aumenta nelle successive scansioni, quindi probabilmente il polimero coniugato è stato depositato18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. se tutte le correnti diminuiscono nelle successive scansioni, quindi il prodotto non conduttivo di degradazione è stato depositato sull'elettrodo. Se un molto piccolo picco si osserva prima il principale ossidazione o riduzione peak (soprattutto per i polimeri), allora questo è probabilmente carica-intrappolamento processo19,23,31,34. Se si osserva un picco di dedoping acuto di ossidazione o riduzione, quindi questo è probabilmente causato dalla decomposizione delle strutture cristalline su un elettrodo formata attraverso il processo di electrocrystallization durante l'ossidazione35.
Controllare sempre il comportamento della sostanza prima, durante e dopo i picchi di redox in esame. Vuol dire che devono essere registrate almeno tre scansioni CV: con tomaia (nel caso ossidazione) o più basso potenziale di vertice inferiore o superiore, rispettivamente, quindi il potenziale di massimo picco, con un potenziale di vertice superiore o inferiore impostata esattamente il massimo del picco e con Vertex potenzialità superiore (ossidazione) e inferiore (riduzione) che il potenziale del massimo del picco. Il processo osservato può variare e talvolta due processi possono essere osservati sotto un unico picco teoricamente. Sempre confrontare i raccolti voltammograms ciclico dell'elettrolito (punto 2.6), il ferrocene (punto 2.9), il composto (passo 2.13) e il ferrocene con composto (passo 2.19); Ci sono diversi problemi da tenere in considerazione.
Sempre confrontare i segnali CV dell'elettrolito e il test composto, se alcun segnale dall'elettrolito è visibile sul voltammogram ciclico del composto misurato, poi l'elettrolito deve essere cambiato perché la finestra elettrochimica è troppo bassa, o il dell'elettrolito è contaminato. Se il segnale (coppia redox) del ferrocene (punto 2.9) e ferrocene con composto (passo 2.19) sono nella stessa posizione, quindi tutto viene eseguito correttamente. Se i picchi sono spostati tra l'altro, quindi controllare il RE e ripetere la misurazione. Se il segnale (ossidazione, riduzione o potenziale di coppia redox) del test composto con aggiunto ferrocene (passo 2.19) è a un potenziale più elevato di quello del puro compound (passo 2.13), quindi prendere in considerazione i valori (ossidazione, riduzione o redox coppia potenziali) da il voltammogram ciclico del composto puro. Lo spostamento è causato dalla maggiore quantità di ferrocene nella soluzione. Quando si osservano due processi di ossidazione, il primo processo (ossidazione o riduzione) che è sempre su WE può interessare la superficie attiva; Questo può causare un aumento del potenziale di ossidazione del secondo processo (Figura 9).

In tutto il mondo, i ricercatori sono continuamente alla ricerca di nuovi materiali organici che possono essere utilizzati in elettronica organica con prestazioni desiderabile o stabilità, che scende a causa di un uso prolungato. Nel caso di dispositivi organici, è importante comprendere il comportamento dell'elemento portante della carica completamente conoscere le regole del comportamento del dispositivo di guida. Analisi dell'effetto di molecolare struttura sulla generazione dell'elemento portante della carica e la dinamica e il mantenimento dell'equilibrio degli elementi portanti di carica iniettata, sia positivi (fori) e negative (elettroni), è fondamentale migliorare l'efficienza e la stabilità i dispositivi organici. Questo assicura la ricombinazione efficace di queste spese individuali e di conseguenza migliora notevolmente l'efficienza di fotoluminescenza del organic light emitting diodi (OLED)1,2. Per il fotovoltaico organico (OPVs)3,4 , nonché biologico campo effetto transistor (OFETs)5,6, è necessario disporre di materiali con mobilità di elemento portante ad alta carica. Oltre all'analisi di elementi portanti della carica, diversi parametri importanti di materiali organici elettroattivi aiutano nel predire dove potrebbe essere utilizzato il materiale: potenziale di ionizzazione (IP), i livelli di energia di elettrone affinità (EA) e band-gap tra li7 ,8,9,10.
In questo lavoro, vi presentiamo un metodo per la misurazione efficiente di voltammetria ciclica (CV) che può essere utilizzato nell'analisi di tutti i tipi di materiali elettroattivi. Questa tecnica fornisce informazioni sulle proprietà redox, il meccanismo di doping/dedoping, la stabilità, la conversione e la conservazione di energia, ecc. Permette anche per la stima dell'energia di ionizzazione e affinità dell'elettrone dei composti della prova in un modo molto più economico e più veloce rispetto ad altri metodi di alti vuoto. I suddetti parametri correlano con i livelli di energia del più alto orbitale molecolare occupato (HOMO) e più basso non occupato orbitale molecolare (LUMO).
Il metodo presentato in questo articolo può essere utilizzato per analizzare tutti i tipi di composti coniugati come quelli con gli elettroni π delocalizzati nelle loro strutture. Composti coniugati possono essere piccole molecole con grandi catene polimeriche. Piccole molecole possono anche essere monomeri; durante la reazione iniziale monomeri (fotochimiche, elettrochimiche o chimiche) possono formare i polimeri. In applicazione di OLED, i valori del livello di energia sono necessari per consentire l'utilizzo di host corretto per l'emettitore in un'attivazione termica ritardata sistema guest host a fluorescenza (TADF) o per decidere con quali composti lo strato di donatore-accettore exciplex potrebbe essere formato e quali ulteriori strati (strato (ETL), foro trasporto strato (HTL), strato di blocco dell'elettrone (EBL) e strato ostruente foro (HBL) di trasporto dell'elettrone) sarà necessari sintetizzare stabile in modo efficiente a carico bilanciato dispositivi OLED11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. ulteriori misure elettrochimiche consentono lo studio di reazioni secondarie possibili durante il processo di degradazione dello strato attivo e la formazione del mobile basso pagare vettori (bipolaroni)18,19 ,20,21,22.
Accoppiamento elettrochimica e Spettroelettrochimica metodi consente facile, precisa e affidabile determinazione del grado di ossidazione o riduzione di composti coniugati e la loro degradazione potenziale, che è cruciale per la stabilità23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. ultravioletto-visibile e vicino infrarosso spettroscopia (UV-Vis-NIR) accoppiata con elettrochimica può caratterizzare le proprietà cromatiche fondamentali di tutti i nuovi composti coniugati, come il cambio della banda di assorbimento durante il doping 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
In uno studio relazionato al meccanismo di anti-doping, è importante definire il tipo di elementi portanti della carica. In questo processo, due classi di quasiparticelle caricate prendono parte, uno con centrifuga non compensata (polaroni) e il secondo è diamagnetico (bipolaroni); spettroscopia di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) fornisce assistenza inestimabile, che direttamente permette di osservare e rilevare le modifiche in popolazioni di polaroni paramagnetico29,30,31,32 . In piccole molecole, è difficile forma bipolaroni, ma queste molecole possono essere coniugate abbastanza e hanno proprietà che inducono bipolarone; è importante verificare se e a quali potenziali polaroni e bipolaroni sono formati nella struttura. Bipolaroni sono almeno un ordine in mobilità inferiore a quella di polaroni; Pertanto, se i bipolaroni sono formati in dispositivi di lavoro, quindi potrebbe portare a un rapporto squilibrato di elementi portanti della carica, che porterebbe a corrente elevata e il surriscaldamento del dispositivo OLED o può ben essere i centri di degradazione33.
Il metodo di misurazione proposto in questo studio è più veloce ed economico e permette per la determinazione dei parametri operativi più importanti per un gran numero di materiali elettroattivi senza la necessità di speciali dispositivi che si basano sulla nuova sintesi materiali per controllare le prestazioni. Applicando elettrochimica e spectroelectrochemistry, è possibile selezionare un materiale che è davvero promettente da centinaia di nuovi materiali. Inoltre, è possibile ottenere informazioni dettagliate per quanto riguarda i processi del doping e loro effetti sulla struttura chimica della prova coniugato con sistemi che utilizzano elettrochimica e Spettroelettrochimica metodi, che permette di costruire più dispositivi di elettronica organica efficiente.

<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

Voltammetria ciclica (CV) è una tecnica utilizzata nell'analisi di composti organici. Quando questa tecnica è combinata con risonanza paramagnetica elettronica (EPR) o ultravioletto-visibile e vicino infrarosso spettroscopie (UV-Vis-NIR), otteniamo informazioni utili come affinità dell'elettrone, potenziale di ionizzazione, energie di spacco della fascia, il tipo di elementi portanti della carica e informazioni di degrado che possono essere utilizzati per sintetizzare dispositivi elettronici organici stabili. In questo studio, presentiamo elettrochimica e Spettroelettrochimica metodi per analizzare i processi che avvengono in strati attivi di un dispositivo organico così come elementi portanti della carica generata.

L'applicazione più comune di analisi CV è la stima dell'IP ed EA. Anche se ci sono un paio di modi per ottenere dati di CV, si consiglia a calcolarle basato sull'insorgenza di picchi di redox (Figura 3). Questo approccio consente di unificare la procedura di calcolo. Non tutti i materiali testati subiscono processi di ossidazione/riduzione reversibile (Figura 3); in tali situazioni, non è possibile calcolare in media base potenziali (media dai potenziali corrispondono ad un massimo di riduzione catodica e ossidazione anodica picchi). Tuttavia, è quasi sempre possibile eseguire la tangente ad un picco, come mostrato nella Figura 3. Con l'intersezione con la linea di fondo e l'uso delle equazioni 1 e 2, i valori IP ed EA sono stimati come 5,35 eV e −2.90 eV, rispettivamente. Ci sono anche parecchie scale differenti utilizzate per valutare IP ed EA basato su misurazioni di CV. Il più comunemente usato bilance per materiali organici sono −4.8 e −5.1 eV come equivalente a 0.00 V rispetto al normale idrogeno elettrodo (NHE). Tuttavia, tutte le scale sono solo un'approssimazione; ricordare questo quando si confrontano i risultati diversi. La cosa fondamentale è quello di indicare quali parametri sono stati considerati per il calcolo. In questo caso, il valore −5.1 eV è stato scelto come deve corrispondere al potenziale formale della coppia redox ferrocene; della scala di Fermi, è 0,40 V contro elettrodo di calomelano saturo (SCE) in acetonitrile, che è in accordo con la misura precedente.
Ci sono molti articoli pubblicati riguardanti l'analisi dei CV nel presente documento, ci mostra quando il processo non sta per essere come ci si aspetta. L'analisi si basa su derivato tiofene: NtVTh (struttura illustrata nella Figura 4), che subisce degradazione all'ossidazione (Figura 5).
NtVTh ha due potenziali di ossidazione: il primo a 0.70 V e il secondo a 0,84 V (Figura 5). Durante il primo ciclo, il picco di riduzione non è osservato, che indica un processo irreversibile. Caratteristiche elettrochimiche di NtVTh mostrano che la polimerizzazione non si verifica e dopo il primo potenziale di ossidazione, alcuni layer electro-inattivi dei prodotti di reazione si deposita sulla superficie dell'elettrodo, ostacolando in tal modo il processo di polimerizzazione. Ciò che è visibile è la reazione con il catione radicale dell'obbligazione di vinile, dove la molecola sta perdendo la sua coniugazione e forma dimeri sull'elettrodo.
Mentre è difficile trarre informazioni sui portatori di carica dal CV, è possibile distinguere tra polaroni e bipolaroni quando supportato da uno spettrometro UV-Vis-NIR. Il poly neutro (OiPrThEE) è stato caratterizzato da due ampie assorbimento π | π * transizioni bande con maxima picchi presso λmax1 = 363 nm e λmax2 = 488 nm, relazionati alla forma aromatica del derivato spossi politiofene. Durante il doping ossidativo, vengono generate nuove band polaronici e bipolaronic. Lo spettro UV-Vis ottenuto durante l'ossidazione di poli (OiPrThEE) ha rivelato la diminuzione la banda di assorbimento del polimero neutro (300-550 nm) (Figura 6) insieme con la formazione di una nuova banda di assorbimento (550-950 nm) dei cationi radicali di bithiophene e p- phenylenevinylene con maxima presso 692 nm. Il punto isosbestico del processo di ossidazione si trovava a 604 nm. La band bipolaronic è apparsa tra i 950 nm e 1700 nm con un massimo situato a 1438 nm.
Spettroscopia EPR è la tecnica che rileva i materiali con un elettrone spaiato, questo include radicali organici39. Ci sono diversi parametri che potrebbero essere estratti dagli spettri EPR, ma uno dei più interessanti è quello di stimare dove sono localizzati i radicali. Gli elettroni, simili ai protoni, possiedono spin. Inserendo un elettrone in un campo magnetico esterno, questo spin può essere suddiviso in due modi: parallelo ed antiparallelo al campo magnetico, dando due livelli di energia. Questo fenomeno è noto come l'effetto di Zeeman40,41. In caso di radicali organici, l'elettrone non accoppiato interagisce non solo con il campo magnetico esterno, ma anche con i nuclei magnetici (nuclei che hanno una spin diverso da zero; I≠0). Un numero di livelli di energia degenerati è uguale a 2I + 1, dove I è il numero di quantum di rotazione del nucleo con la quale l'elettrone spaiato interagisce42. L'interazione dell'elettrone non accoppiato con un maggior numero di nuclei magnetici conduce ad ulteriore spaccare i livelli di energia e alla struttura iperfine dell'EPR spettri registrazione43 (Figura 7).
Per molecole dove l'elettrone spaiato interagisce con un numero ancora maggiore di nuclei, potrebbe sovrapporsi la singola linea spettrale, che si traduce nella registrazione di un segnale singolo, ampia44,45,46 (Figura 8). questo è tipico per polimeri coniugati, dove lo ione radicale generato durante un processo redox è delocalizzata47,48.
La combinazione della spettroscopia EPR con metodi elettrochimici permette la caratterizzazione degli elementi portanti della carica (ione radicale) generati durante il processo redox, come pure la determinazione del meccanismo di questi processi49,50 . Se ben risolto (picchi sono separati; non in forma di un vasto picco) spettri sono registrati, come nel caso di riduzione elettrochimica di s -tetrazine derivato (Figura 7), poi l'analisi della struttura iperfine degli spettri porta a conclusioni circa la localizzazione di un elettrone spaiato. Per analizzare questo tipo di spettri è di condurre la simulazione con software speciale e per adattarsi simulati spettri con uno sperimentale51. Questo è particolarmente utile quando la struttura iperfine è complessa a causa dell'interazione dell'elettrone non accoppiato con un gran numero di protoni. In caso il s- tetrazine derivato illustrato nella Figura 7, la simulazione degli spettri EPR (linea rossa) indica l'interazione dell'elettrone spaiato con quattro atomi di azoto di s- tetrazine.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg"> Figura 1: elettrochimica e Spettroelettrochimica celle utilizzate per misurazioni. La figura presenta il programma di installazione di schema delle cellule elettrochimiche/Spettroelettrochimica mediante voltammetria ciclica, ultravioletto-visibile e vicino infrarosso (UV-Vis-NIR) ed elettrone misure di Spettroelettrochimica di risonanza paramagnetica elettronica (EPR). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg"> Figura 2: voltammetria ciclica (CV) di composti correttamente misurato COPO1 (a) e il CV con un instabile di riferimento potenziale dibenzotiofene-S, S-diossido con ferrocene (b)52. La figura mostra due voltammograms ciclico. (a) presenta correttamente registrato CV e (b) Mostra un voltammogram registrato utilizzando un elettrodo di riferimento con nessun potenziale stabile. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg"> Figura 3: voltammetria ciclica (CV) di composti COPO1 in una vasta gamma di potenziali. Stima dei potenziali di inizio per il calcolo di EA e IP della COPO1 composti52. EA = −2.90 eV e IP = 5,35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg"> Figura 4. Linea spettrale EPR sei di manganese standard. Il segnale paramagnetico di manganese usato per la taratura dello spostamento segnale. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg"> Figura 5: voltammetria ciclica (CV) del composto NtVTh. Voltammograms ciclico di 15 mM NtVTh in 0.1 M Bu4NBF4/CH3CN e relativo ferrocene standard che presenta il processo di degradazione coinvolto su elettrodo di lavoro. Velocità di scansione 0.05 V/s: (un) è stata scattata nella gamma −1.4 V a 0,8 V e (b) in −1.4 la gamma V a 0,9 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">per favore clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg"> Figura 6: ultravioletto-visibile e nel vicino infrarosso (UV-Vis-NIR) spectroelectrochemistry del derivato di poli (OiPrThEE). Spettri UV-Vis-NIR che presenta l'evoluzione della banda di assorbimento attraverso la generazione di elementi portanti della carica sulla struttura del polimero. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg"> Figura 7: analisi Spettroelettrochimica EPR di tetrazine derivato. (a) struttura del s- tetrazine derivato; (b) gli spettri EPR registrato durante la riduzione elettrochimica di s- tetrazine derivato (spettro simulato nero linea rossa e linea-sperimentale). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg"> Figura 8: segnale EPR Spettroelettrochimica polarone del polimero coniugato. Gli spettri di risonanza paramagnetica elettronica (EPR) dell'elettrone registrata durante la prima fase di ossidazione dei polimeri coniugati (spettri EPR di polarone specie). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg"> Figura 9: voltammetria ciclica (CV) di ferrocene e decamethylferrocene. Confronto di due elettrochimici standard come puro e come miscela mostrando lo spostamento del potenziale. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>

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

In questo articolo, descriviamo elettrochimica, risonanza paramagnetica elettronica e ultravioletto-visibile e vicino infrarosso Spettroelettrochimica metodi per analizzare composti organici per applicazioni in elettronica organica.

Mediante voltammetria ciclica, UV-Vis-NIR ed EPR Spectroelectrochemistry per analizzare composti organici

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

Questi metodi possono aiutare a identificare l'effetto della struttura molecolare delle molecole organiche elettroattive sulle generazioni e dinamiche portanti cariche, sul potenziale di itemizzazione, sull'affinità elettronica e sui valori dei grafici di legame. Questi metodi sono un modo economico e veloce per determinare i parametri più preziosi per molti materiali elettro-attivi, senza la necessità di costruire dispositivi speciali. Il metodo presentato può essere utilizzato per analizzare tutti i tipi di composti attivi elettronici, come quelli con bielettri delocalizzati tra cui piccole molecole e grandi catene polimeriche.Per iniziare la procedura CV, riempire una cella elettrochimica pulita con 1,5 millilitri di soluzione elettrolitica e riempire la cella con il supporto per elettrodi in politetrafluoroetilene. Inserire elettrodi ausiliari e di riferimento di lavoro nel cappuccio con gli elettrodi di lavoro e di riferimento il più vicino possibile senza toccare. Assicurarsi che gli elettrodi siano immersi nell'elettrolita.Quindi collegare gli elettrodi a un potenziostato, facendo attenzione a non lasciare che i connettori si tocchino l'un l'altro. Per un'analisi di riduzione, bollare il gas inerte attraverso la soluzione per almeno cinque minuti per rimuovere l'ossigeno disciolto. Quindi sollevare la linea del gas inerte sopra la soluzione e lasciare il gas che scorre durante l'esperimento.Una volta pronta la cella elettrochimica, aprire il software potentiostat e selezionare la procedura CV. Impostare il potenziale iniziale su zero volt e impostare i potenziali di vertice superiore e inferiore su due volt e zero volt per l'analisi di ossidazione, o a zero volt e -2,5 volt per l'analisi di riduzione. Impostare il potenziale di arresto a zero volt.E il numero di stop crossing a sei. E la velocità di scansione a 0,05 volt al secondo. Assegnare un nome al file di dati e acquisire un voltammogramma.Verificare che gli elettrodi siano puliti e che l'ossigeno disciolto sia stato rimosso, se applicabile. Quindi aggiungere 10 microlitri di una soluzione di furacina millimolare all'elettrolita e acquisire una scansione di riferimento. Successivamente, svuotare e pulire la cella e gli elettrodi.Riempire la cella con 1,5 millilitri di una soluzione millimolare del composto da analizzare nell'elettrolita. Ricollegare la cella al potenziostato e risparmiare la soluzione, se necessario. Quindi impostare il potenziale di avvio a zero volt.Il vertice superiore e inferiore può raggiungere 0,5 volt e zero volt per l'ossidazione. O zero volt e 0,5 volt negativi per la riduzione. Il potenziale di arresto a zero volt.E il numero di stop crossing a 10. E la velocità di scansione a 0,05 volt al secondo. Assegnare un nome al file di dati e acquisire questa votammografia iniziale.Quindi aumentare il potenziale superiore del vertice di 0,1 volt per un'analisi di ossidazione o diminuire il potenziale di vertice inferiore di 0,1 volt per un'analisi di riduzione. Ed eseguire di nuovo la scansione. Ripetere questo processo fino a quando non viene osservato il picco completo di interesse.Se le scansioni successive hanno spostato i potenziali pulire l'elettrodo di riferimento, lasciarlo immergere nella soluzione elettrolita per un'ora. E poi ripetere la misurazione. Dopo aver completato le misurazioni di ossidazione, eseguire misurazioni di riduzione o viceversa.Quindi impostare il potenziale iniziale a zero volt, il vertice superiore a un volt, il vertice inferiore a -2,7 volt e il potenziale di arresto a zero volt. Eseguire la scansione e regolare la finestra potenziale in base alle esigenze per assicurarsi che i picchi completi siano visibili. Ripetere il processo a diverse velocità di scansione e in presenza di furacina.Per iniziare la procedura UV-Vis vicino a IR riempire una cella spettroelettrochimica pulita con 0,5 millilitri di una soluzione elettrolitica. Inserire gli elettrodi ausiliari e di riferimento di lavoro e posizionare la cella assemblata nello spettrometro. Collegare gli elettrodi al potenziostato e aprire il potentiostato e il software dello spettrometro.Effettuare misurazioni dell'assorbanza su ciascun rivelatore come un vuoto solvente. Quindi scollegare, svuotare e pulire la cella. Riempirlo con una soluzione molare uno per 10 alla quinta soluzione molare negativa di un composto nell'elettrolita, o con l'elettrolita da solo se si testa un materiale depositato sull'elettrodo di lavoro.È molto importante impostare correttamente la cella spettroelettrochimica e nel modo il più possibile simile alla cella spettroelettrochimica utilizzata per registrare lo spettro vuoto, solo in questo modo si garantirà la registrazione di buoni risultati. Posizionare la cella nello spettrometro e ricollegare gli elettrodi al potenziostato. Applicare un potenziale neutro alla cellula e acquisire uno spettro iniziale.Aumentare il potenziale di 0,1 volt e attendere circa 10 secondi per stabilizzare il processo. Quindi acquisire un altro spettro. Continuare questo processo fino a quando non si osserva il primo cambiamento nello spettro.E poi salvare quello spettro. Successivamente, aumentare il potenziale di 0,05 volt. Aspetta 10 secondi.E acquisire uno spettro. Ripetere questo processo fino a raggiungere il primo o il secondo potenziale di ossidazione, determinato dalla misurazione CV. Quindi de dope il film applicando un potenziale neutro.Alla fine, confrontare gli spettri del film prima dell'ossidazione e dopo il de doping. Per iniziare la procedura di spettroelettrochimica EPR per i materiali polimerici depositati su un elettrodo di lavoro, riempire la cella spettroelettrochimica con l'elettrolita e posizionarla nello spettrometro EPR. Impostare lo standard manganese e regolare i parametri dello strumento per coprire solo la terza e la quarta linea di manganese.Acquisire uno spettro di sfondo, verificare la presenza di contaminanti, quindi rimuovere e pulire la cella. Quindi, riempire la cella con l'elettrolita. Posizionare gli elettrodi nella cella con gli elettrodi di riferimento e di lavoro all'interno della spirale del filo dell'elettrodo ausiliario, facendo attenzione a non danneggiare lo strato polimerico sull'elettrodo di lavoro.Posizionare l'elettrodo di lavoro vicino alla parte inferiore della cella e l'elettrodo di riferimento vicino alla parte superiore della sezione attiva dell'elettrodo di lavoro. Collegare gli elettrodi a un potenziostato e posizionare la cella nello strumento. È fondamentale impostare correttamente la cella spettroelettrochimica e non distruggere i positivi definitivi sulla superficie dell'elettrodo di lavoro.Il posizionamento errato degli elettrodi di lavoro rende impossibile registrare alcun risultato. Applicare un potenziale neutro e acquisire uno spettro iniziale. Quindi aumentare il potenziale di 0,1 volt, attendere 10 secondi affinché il campione equilibra e acquisire un altro spettro.Ripetere questo processo fino a quando non viene visualizzato il segnale EPR. Quindi aumentare il potenziale di 0,05 volt, attendere 10 secondi e acquisire un altro spettro. Continuare questo processo fino a raggiungere il primo o il secondo potenziale di ossidazione, quindi invertire i passaggi potenziali e tornare al potenziale di partenza allo stesso modo.Quindi applicare il potenziale a cui è apparso il segnale EPR. Abilitare il riferimento al manganese e registrare uno spettro per ottenere una misurazione con la terza e la quarta linea spettrale del manganese. I potenziali di insorgenza di processi reversibili e irreversibili possono essere stimati da calcoli basati sull'intersezione di linee tangenti ai picchi CV con lo sfondo, regolati per il materiale di riferimento.UV-Vis vicino alla spettroscopia IR di questo derivato del politiofene mostra la banda di assorbimento dei polimeri neutri in diminuzione e nuove bande di assorbimento polaro e bipolare che si formano durante il doping ossidativo, con un punto isosbestico a 604 nanometri. La nuova banda polaronica da 550 a 950 nanometri è stata attribuita ai ingi radicali del biotiofene e del fenilene parafenilene. Una nuova banda bipolare è stata osservata tra i 950 e i 1700 nanometri.La spettroscopia EPR durante la riduzione di questa derivata della S-tetrazina ha mostrato uno schema di scissione iper fine che corrispondeva a una simulazione coerente con l'interazione di un elettrone spaiato con i quattro atomi di azoto della S-tetrazina. Un singolo segnale EPR ampio è spesso osservato da polimeri coniugati, indicando una significativa de localizzazione dello ione radicale generato dal processo redux di interesse. Durante l'esecuzione dell'analisi di riduzione durante questa procedura assicurarsi di decomporlo correttamente prima della misurazione per evitare qualsiasi interferenza da parte dell'autoossigeno.Seguendo questa procedura, il potenziale di ionizzazione dell'affinità elettronica e il limite di banda del materiale studiato possono essere stimati dai dati. Utilizzando questa procedura è possibile determinare l'impatto della struttura chimica sulle proprietà studiate per un gruppo di materiali.

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