Mithilfe von zyklischer Voltammetrie, UV-Vis-NIR und EPR Spectroelectrochemistry organische Verbindungen analysieren

Diese Methoden können helfen, die Wirkung der molekularen Struktur von elektroaktiven organischen Molekülen auf geladene Trägergenerationen und Dynamik, Itemisierungspotenzial, Elektronenaffinität und Bindungsdiagrammwerte zu identifizieren. Diese Methoden sind eine kostengünstige und schnelle Möglichkeit, die wertvollsten Parameter für viele elektroaktive Materialien zu bestimmen, ohne spezielle Geräte konstruieren zu müssen. Die vorgestellte Methode kann verwendet werden, um alle Arten von elektronenaktiven Verbindungen zu analysieren, z. B. solche mit delokalisierten Bi-Elektronen, einschließlich kleiner Moleküle und großer polymerer Ketten.

Um das CV-Verfahren zu beginnen, füllen Sie eine saubere elektrochemische Zelle mit 1,5 Milliliter Elektrolytlösung und kappen die Zelle mit Polytetrafluorethylen-Elektrodenhalter. Einbau von Arbeitshilfs- und Referenzelektroden in die Kappe mit den Arbeits- und Referenzelektroden so nah wie möglich beieinander, ohne sich zu berühren. Stellen Sie sicher, dass die Elektroden in den Elektrolyten eingetaucht sind.

Dann verbinden Sie die Elektroden mit einem Potentiostat, wobei Sie darauf achten, dass sich die Anschlüsse nicht berühren. Für eine Reduktionsanalyse Blaseninertgas durch die Lösung für mindestens fünf Minuten, um gelösten Sauerstoff zu entfernen. Heben Sie dann die Inertgasleitung über die Lösung und lassen Sie das Gas während des Experiments fließen.

Sobald die elektrochemische Zelle bereit ist, öffnen Sie die Potentiostat-Software und wählen Sie das CV-Verfahren. Stellen Sie das Startpotenzial auf Null Volt und die oberen und unteren Scheitelpunktpotentiale auf zwei Volt und Nullvolt für die Oxidationsanalyse oder auf Null Volt und negative 2,5 Volt für die Reduktionsanalyse. Stellen Sie das Stopppotenzial auf Null Volt ein.

Und die Anzahl der Haltekreuzungen auf sechs. Und die Scanrate auf 0,05 Volt pro Sekunde. Benennen Sie die Datendatei, und erfassen Sie ein Voltammogramm.

Überprüfen Sie, ob die Elektroden sauber sind und gegebenenfalls gelöster Sauerstoff entfernt wurde. Dann fügen Sie 10 Mikroliter einer einmillimolaren Furacin-Lösung in den Elektrolyt und erhalten Sie einen Referenzscan. Danach die Zelle und die Elektroden leeren und reinigen.

Füllen Sie die Zelle mit 1,5 Millilitern einer millimolaren Lösung der Verbindung, die im Elektrolyt analysiert werden soll. Verbinden Sie die Zelle wieder mit dem Potentiostat und sparen Sie die Lösung, wenn nötig. Stellen Sie dann das Startpotenzial auf Null Volt ein.

Die oberen und unteren Scheitelpunktpotentiale auf 0,5 Volt und null Volt für die Oxidation. Oder Null Volt und negative 0,5 Volt zur Reduktion. Das Stopppotential auf Null Volt.

Und die Anzahl der Haltekreuzungen auf 10. Und die Scanrate auf 0,05 Volt pro Sekunde. Benennen Sie die Datendatei, und erfassen Sie dieses anfängliche Votammogramm.

Erhöhen Sie dann das obere Scheitelpunktpotential für eine Oxidationsanalyse um 0,1 Volt oder verringern Sie das untere Scheitelpunktpotential um 0,1 Volt für eine Reduktionsanalyse. Und führen Sie den Scan erneut aus. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis der volle Höhepunkt des Interesses beobachtet wird.

Wenn aufeinanderfolgende Scans die Referenzelektrode verschoben haben, lassen Sie sie eine Stunde lang in die Elektrolytlösung einweichen. Und wiederholen Sie dann die Messung. Führen Sie nach Abschluss der Oxidationsmessungen Reduktionsmessungen durch oder vis versa.

Legen Sie dann das Startpotenzial auf Null Volt, den oberen Scheitelpunkt auf einen Volt, den unteren Scheitelpunkt auf negative 2,7 Volt und das Stopppotenzial auf Null Volt fest. Führen Sie den Scan aus, und passen Sie das potenzielle Fenster nach Bedarf an, um sicherzustellen, dass die vollständigen Spitzen sichtbar sind. Wiederholen Sie den Vorgang mit unterschiedlichen Scanraten und in Gegenwart von Furacin.

Um das UV-Vis-nahe IR-Verfahren zu beginnen, füllen Sie eine saubere spektroelektrochemische Zelle mit 0,5 Millilitern einer Elektrolytlösung. Setzen Sie die Arbeitshilfs- und Referenzelektroden ein und legen Sie die montierte Zelle in das Spektrometer. Verbinden Sie die Elektroden mit dem Potentiostat und öffnen Sie die Potentiostat- und Spektrometersoftware.

Nehmen Sie Absorptionsmessungen an jedem Detektor als Lösungsmittelrohling vor. Trennen Sie dann die Zelle, leeren Sie sie, und reinigen Sie sie. Füllen Sie es entweder mit einer einmal 10 bis zur negativen fünften Molarenlösung einer Verbindung im Elektrolyten oder mit dem Elektrolyten allein, wenn sie ein material testet, das sich auf der Arbeitselektrode ablagert.

Es ist sehr wichtig, die spektroelektrochemische Zelle richtig und in der Art und Weise so ähnlich wie möglich zu der specrtroelektrochemischen Zelle, die verwendet wird, um das leere Spektrum zu erfassen, nur dies wird die Registrierung von guten Ergebnissen gewährleisten. Legen Sie die Zelle in das Spektrometer und verbinden Sie die Elektroden wieder mit dem Potentiostat. Wenden Sie ein neutrales Potenzial auf die Zelle an und erwerben Sie ein Startspektrum.

Erhöhen Sie das Potential um 0,1 Volt und warten Sie etwa 10 Sekunden, bis sich der Prozess stabilisiert. Dann erwerben Sie ein anderes Spektrum. Setzen Sie diesen Prozess fort, bis die erste Änderung im Spektrum beobachtet wird.

Und dann dieses Spektrum speichern. Erhöhen Sie als Nächstes das Potenzial um 0,05 Volt. Warten Sie 10 Sekunden.

Und ein Spektrum erwerben. Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis das erste oder zweite Oxidationspotential, das aus der CV-Messung ermittelt wird, erreicht ist. Dann de dope den Film, indem Sie ein neutrales Potenzial.

Vergleichen Sie am Ende die Spektren des Films vor der Oxidation und nach dem Doping. Um das EPR-Spektroelektrochemieverfahren für polymere Materialien zu beginnen, die auf einer Arbeitselektrode abgelagert werden, füllen Sie die spektroelektrochemische Zelle mit dem Elektrolyten und legen Sie sie in das EPR-Spektrometer. Richten Sie den Manganstandard ein und passen Sie die Instrumentenparameter so an, dass sie nur die dritte und vierte Manganlinie abdecken.

Erfassen Sie ein Hintergrundspektrum, überprüfen Sie, ob Verunreinigungen enthalten sind, und entfernen und reinigen Sie die Zelle. Als nächstes füllen Sie die Zelle mit dem Elektrolyten auf. Legen Sie die Elektroden in die Zelle mit der Referenz- und Arbeitselektroden innerhalb der Hilfselektrodendrahtspirale, wobei Sie darauf achten, die Polymerschicht auf der Arbeitselektrode nicht zu beschädigen.

Positionieren Sie die Arbeitselektrode in der Nähe des Bodens der Zelle und der Referenzelektrode in der Nähe des oberen Teils des aktiven Abschnitts der Arbeitselektrode. Verbinden Sie die Elektroden mit einem Potentiostat und legen Sie die Zelle in das Instrument. Es ist wichtig, spektroelektrochemische Zelle richtig einzurichten und nicht endgültige Positive auf der Arbeitselektrodenoberfläche zu zerstören.

Eine falsche Platzierung der Arbeitselektroden macht es unmöglich, Ergebnisse zu registrieren. Wenden Sie ein neutrales Potenzial an und erwerben Sie ein Anfangsspektrum. Erhöhen Sie dann das Potenzial um 0,1 Volt, warten Sie 10 Sekunden, bis die Probe ausgeglichen wird, und erfassen Sie ein anderes Spektrum.

Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis das EPR-Signal angezeigt wird. Erhöhen Sie dann das Potenzial um 0,05 Volt, warten Sie 10 Sekunden und erwerben Sie ein anderes Spektrum. Setzen Sie diesen Prozess fort, bis das erste oder zweite Oxidationspotential erreicht ist, und kehren Sie dann die potenziellen Schritte um und kehren Sie auf die gleiche Weise zum Startpotenzial zurück.

Wenden Sie dann das Potenzial an, bei dem das EPR-Signal erschien. Aktivieren Sie die Manganreferenz, und zeichnen Sie ein Spektrum auf, um eine Messung mit der dritten und vierten Spektrallinien von Mangan zu erhalten. Die Potentiale sowohl reversibler als auch irreversibler Prozesse können anhand von Berechnungen geschätzt werden, die auf dem Schnittpunkt von Linien basieren, die tangential zu den CV-Spitzen mit dem Hintergrund sind, angepasst für das Referenzmaterial.

UV-Vis-nahe IR-Spektroskopie dieses Polythiophendertes zeigt, dass das neutrale Polymerabsorptionsband abnimmt und sich während des oxidativen Dopings neue polarische und bipolare Absorptionsbänder bilden, mit einem isosbestischen Punkt bei 604 Nanometern. Das neue polaronic Band von 550 bis 950 Nanometern wurde den radikalen Kationen von Biothiophen und Paraphenylenphenylen zugeschrieben. Ein neues bipolares Band wurde zwischen 950 und 1700 Nanometern beobachtet.

Die EPR-Spektroskopie während der Reduktion dieses S-Tetrazin-Derivats zeigte ein hyperfeines Spaltungsmuster, das einer Simulation entsprach, die mit der Wechselwirkung eines ungepaarten Elektrons mit den vier Stickstoffatomen von S-Tetrazin übereinstimmte. Ein einziges breites EPR-Signal wird häufig von konjugierten Polymeren beobachtet, was auf eine signifikante Delokalisierung des durch den Redux-Prozess von Interesse erzeugten Radikalions hinweist. Achten Sie bei der Durchführung der Reduktionsanalyse während dieses Verfahrens darauf, die Lösung vor der Messung richtig zu dedopen, um Störungen durch den Selbstsauerstoff zu vermeiden.

Nach diesem Verfahren können das Elektronenaffinitätsionisierungspotential und die Bandkappe des untersuchten Materials anhand der Daten geschätzt werden. Mit diesem Verfahren können Sie die Auswirkungen der chemischen Struktur auf die untersuchten Eigenschaften für eine Gruppe von Materialien bestimmen.