Name: Usando voltametría cíclica, UV-Vis-NIR y EPR Spectroelectrochemistry para analizar compuestos orgánicos (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Aprende a analizar compuestos orgánicos mediante voltametría cíclica, espectroscopía UV-Vis-NIR y EPR para evaluar parámetros electroquímicos clave en electrónica orgánica de forma rápida y económica.

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Los autores reconocen con agradecimiento el apoyo financiero del proyecto "Excilight" "Donador aceptor luz emisor Exciplexes como materiales para fácil-a-sastre relámpago OLED ultra eficiente" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) financiado por Marie Skłodowska-Curie Acciones dentro del programa marco de investigación y las innovaciones "Horizonte 2020".

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</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

Técnicas electroquímicas y electroquímicas no tienen limitaciones; se pueden analizar el estado sólido y líquidas soluciones en una amplia gama de temperatura y otras condiciones con estas técnicas. Lo importante en todos estos casos es que los compuestos y materiales se analizan bajo el potencial aplicado, replicar las condiciones reales de trabajo dispositivos electrónicos orgánicos. La única diferencia es que en electroquímica, se observa la formación de portadores de carga.
Los métodos presentados aquí muestran la utilidad del análisis de portadores cargados en compuestos orgánicos que se correlacionan con su aplicabilidad en electrónica orgánica. Por otra parte, las técnicas electroquímicas y electroquímicas son más baratos y menos exigentes que la de los métodos típicos usados en análisis de portador de carga, pero hay algunos pasos críticos y modificaciones al Protocolo de que se necesitan dependiendo de la resultados obtenidos.
Durante la caracterización electroquímica, comience siempre con una concentración particular. Si se compara con un conjunto de los compuestos, todos los materiales deben tener la misma concentración molar. Lo mejor es empezar con concentración de 1 mM y 50 mV/s tasa de lectura como se indica en el protocolo de este estudio, pero es bueno saber la concentración de la muestra en el comportamiento electroquímico observado. Trate siempre de medir al menos tres análisis. Las dos primeras exploraciones son generalmente diferentes porque son diferentes las condiciones iniciales (equilibrio). El segundo y el tercer análisis deben ser el mismo. Si la segunda y tercera son la misma, no hay probablemente ningún lado las reacciones observadas en este sistema (Figura 2a). En un proceso de oxidación, un nuevo pico en un menor potencial aparece mostrando que el material conductor se depositó en el18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. Si aumenta la altura del pico más bajo en las exploraciones sucesivas, entonces probablemente el polímero conjugado fue depositado18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. Si todas las corrientes disminuyen en las exploraciones sucesivas, entonces el producto no conductora de degradación fue depositado en el electrodo. Si se observa un pico muy pequeño antes de la oxidación principal o pico de reducción (especialmente para los polímeros), entonces esto es probablemente carga captura proceso19,23,31,34. Si se observa un pico muy agudo dedoping de oxidación o reducción, entonces esto es probablemente causado por la descomposición de estructuras cristalinas en un electrodo formado a través del proceso de electrocristalitzación durante la oxidación35.
Siempre verifique el comportamiento de la prueba compuesta antes, durante y después de picos de redox. Esto significa que se deben registrar al menos tres análisis de CV: con la parte superior (en el caso oxidación) o menor potencial de vértice superior o inferior, respectivamente, entonces el potencial máximo de pico, con potencial de vértice superior o inferior establecido en exactamente en el pico máximo y con vértice los potenciales más altos (oxidación) y menor (reducción) que el potencial del máximo pico. El proceso observado puede variar y algunas veces dos procesos pueden observarse bajo un pico teóricamente. Comparar siempre los voltamperogramas cíclicos recogidos del electrólito (paso 2.6), el ferroceno (paso 2.9), compuesto (paso 2.13) y el ferroceno con compuesto (paso 2,19); Hay varias cuestiones a tener en cuenta.
Siempre comparar las señales de la CV del electrolito y la prueba de compuesto, si las señales desde el electrolito es visible en el voltagrama cíclico del compuesto medido, entonces el electrolito debe cambiarse porque su ventana electroquímico es demasiado baja, o la electrolito está contaminado. Si la señal (par redox) de ferroceno (paso 2.9) y el ferroceno con compuesto (paso 2.19) están en la misma posición, entonces todo se realiza correctamente. Si los picos se desplazan entre sí, entonces Compruebe la RE y repita la medición. Si la señal (oxidación, reducción o par redox potencial) de la prueba de compuesto con agregado ferroceno (paso 2.19) estará a un potencial más alto que el de la pura compuesto (paso 2.13), entonces considera los valores (oxidación, reducción o redox pareja potencial) de el voltagrama cíclico del compuesto puro. El cambio es causado por la mayor cantidad de ferroceno en la solución. Cuando se observan dos procesos de oxidación, el primer proceso (oxidación o reducción) que está siempre en el que puede afectar la superficie activa; Esto puede provocar un aumento en el potencial de oxidación del segundo proceso (figura 9).

En todo el mundo, los investigadores continuamente están buscando nuevos materiales orgánicos que pueden ser utilizados en electrónica orgánica con rendimiento deseable o estabilidad, que cae debido a un uso prolongado. En el caso de dispositivos orgánicos, es importante entender el comportamiento del portador del cargo conocer completamente las reglas del comportamiento del dispositivo. Análisis del efecto del molecular de la estructura en la generación del portador de la carga y la dinámica y el mantenimiento del equilibrio de portadores de la carga inyectada, tanto positivas (huecos) y negativas (electrones), es crucial mejorar la eficiencia y la estabilidad de los dispositivos orgánicos. Esto asegura la recombinación efectiva de estos cargos individuales y, en consecuencia, mejora significativamente la eficiencia de la fotoluminiscencia de la luz orgánica emisión de diodos (OLED)1,2. Fotovoltaica orgánica (OPV)3,4 así campo orgánico efecto transistores (OFETs)5,6, es necesario tener materiales con movilidad de portador de alta carga. Además del análisis de portadores de la carga, varios parámetros importantes de los materiales electroactivos orgánica ayudan en la predicción de que el material podría ser utilizado: potencial de ionización (PI), niveles de energía de afinidad (EA) de electrón y boquete de la venda entre ellos7 ,8,9,10.
En este trabajo presentamos un método para la medición eficiente de voltametría cíclica (CV) que puede ser utilizado en el análisis de todo tipo de materiales electroactivos. Esta técnica proporciona información sobre las propiedades redox, el mecanismo de dopaje/dedoping, la estabilidad, la conversión y almacenamiento de energía, etcetera. También permite la estimación de la energía de afinidad e ionización de electrones de los compuestos de prueba una manera mucho más barato y más rápido en comparación con otros métodos de vacío alta. Los parámetros antes mencionados se correlacionan con los niveles de energía del orbital molecular ocupado más alto (HOMO) y el orbital molecular más bajo desocupado (LUMO).
El método presentado en este artículo puede utilizarse para analizar todos los tipos de compuestos conjugados como los π-electrones deslocalizadas en sus estructuras. Compuestos conjugados pueden ser moléculas pequeñas con grandes cadenas poliméricas. Moléculas pequeñas también pueden ser monómeros; durante la reacción inicial (fotoquímicos, electroquímicos o químicos) monómeros pueden formar polímeros. En aplicación de OLED, los valores de nivel de energía son necesarios permitir el uso de host correcto para el emisor en un termal activados retrasado sistema de guest-host de fluorescencia (TADF) o decidir con que compuestos de la capa de donantes-aceptador exciplex podría ser formado y qué capas adicionales (transporte de capa (ETL), transporte de capa (HTL), capa de bloqueo electrónico (EBL) y capa de bloqueo de agujero (HBL) orificio de electrón) será necesarias sintetizar eficientemente cargada estable equilibrado dispositivos OLED de11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. medidas electroquímicas adicionales permiten la investigación de reacciones secundarias posibles durante el proceso de degradación de la capa activa y la formación de bajos móviles portadores de carga (bipolarons)18,19 ,20,21,22.
Acoplamiento de electroquímica y electroquímicas métodos permite una determinación fácil, precisa y fiable del grado de oxidación o reducción de compuestos conjugados y su degradación potencial, que es crucial para la estabilidad23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. espectroscopia del ultravioleta-visible e infrarrojo cercano (UV-Vis-NIR) juntada con electroquímica puede caracterizar las propiedades fundamentales de la cromáticas de los nuevos compuestos conjugados, como el cambio de la banda de absorción durante el dopaje 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
En un estudio relacionado con el mecanismo de dopaje, es importante definir el tipo de portadores de la carga. En este proceso participan dos clases de quasiparticles cargadas, uno con spin no compensada (polarons) y el segundo ser diamagnético (bipolarons); Espectroscopia de resonancia paramagnética (EPR) del electrón proporciona valiosa ayuda, que directamente nos permite observar y seguir los cambios en las poblaciones de polarons paramagnético29,30,31,32 . En moléculas pequeñas, es difícil de forma bipolarons, pero estas moléculas pueden ser conjugadas bastante y tienen propiedades de inducción de bipolaron; es importante comprobar si y en la que potenciales polarons y los bipolarons se forman en la estructura. Bipolarons son al menos un orden en la movilidad más baja que la de polarons; por lo tanto, si se forman bipolarons en dispositivos de trabajo, entonces podría llevar a una relación desequilibrada de los portadores de carga, que resultarían de gran intensidad y sobrecalentamiento del dispositivo OLED o bien pueden ser los centros de degradación33.
El método de medición propuesto en este estudio es barato y más rápido y permite la determinación de los parámetros operativos más valiosos para un gran número de materiales electroactivos sin necesidad de dispositivos especiales que se basan en recién sintetizado materiales para comprobar su funcionamiento. Mediante la aplicación de la electroquímica y spectroelectrochemistry, es posible seleccionar un material que es realmente prometedor de cientos de nuevos materiales. Además, es posible obtener información detallada sobre los procesos de dopaje y sus efectos sobre la estructura química de la prueba conjugan sistemas electroquímicos y métodos electroquímicas, que permite construir más dispositivos de electrónica orgánica eficiente.

<table><tbody><tr><td>Potenciostato</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>Detector UV-Vis</td><td>Oceanoptics</td><td>QE6500</td><td></td></tr><tr><td>Detector NIR</td><td>Oceanoptics</td><td>NIRQuest</td><td></td></tr><tr><td>Diclorometano (DCM)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>106048</td><td></td></tr><tr><td>Tetrafluoroborato de tetrabutilamonio (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>Acetona, 99,9%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>439126</td><td></td></tr><tr><td>Baño ultrasónico</td><td>Elma</td><td>S30H</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahidrofurano >99,9%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>401757</td><td></td></tr><tr><td>ferroceno >98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F408</td><td></td></tr><tr><td>decametilferroceno >97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>378542</td><td></td></tr></tbody></table>

usando voltametría cíclica, uv-vis-nir y epr spectroelectrochemistry para analizar compuestos orgánicos

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

Voltametría cíclica (CV) es una técnica utilizada en el análisis de compuestos orgánicos. Cuando esta técnica se combina con resonancia paramagnética electrónica (EPR) o espectroscopias de ultravioleta-visible e infrarrojo cercano (UV-Vis-NIR), obtenemos información útil como la afinidad electrónica, potencial de ionización, energías de banda prohibida, el tipo de portadores de la carga y la información de degradación que puede utilizarse para sintetizar dispositivos electrónicos orgánicos estables. En este estudio, presentamos electroquímico y electroquímicas métodos para analizar los procesos que ocurren en las capas activas de un dispositivo orgánico, así como los portadores de carga generados.

La aplicación más común de análisis de CV es la estimación de IP y EA. A pesar de que hay dos formas para obtener datos de CV, se recomienda calcular basado en la aparición de picos de redox (figura 3). Este enfoque permite unificar el procedimiento de cálculo. No todos los materiales probados se someten a procesos de oxidación/reducción reversible (figura 3); en estos casos, no es posible calcular basado en promedio (promedio de potenciales corresponden a un máximo de reducción catódica y anódica oxidación picos) los potenciales. Sin embargo, casi siempre es posible ejecutar la tangente a un pico como se muestra en la figura 3. Con la intersección con la línea de fondo y el uso de las ecuaciones 1 y 2, los valores de IP y EA se estimaron como 5,35 eV y −2.90 eV, respectivamente. También hay varias escalas diferentes utilizados para evaluar la IP y EA basado en las mediciones de la CV. Los más utilizados escalas de materiales orgánicos son −4.8 y −5.1 eV como equivalente a 0.00 V electrodo Normal versus el hidrógeno (NHE). Sin embargo, todas las escalas son sólo una aproximación; Recuerde esto cuando se comparan diferentes resultados. Lo crucial es qué parámetros se consideraron para los cálculos del estado. En este caso, el valor −5.1 eV ha sido elegido como debe corresponder al potencial formal del par ferroceno redox; en la escala de Fermi, es 0.40 V versus electrodo de Calomel saturado (SCE) en acetonitrilo, que está de acuerdo con la medición anterior.
Hay muchos artículos publicados sobre el análisis del CV adjunto, os mostramos cuando el proceso no va a ser como se espera. El análisis se basa en derivados de tiofeno: NtVTh (estructura que se muestra en la figura 4), que sufre una degradación por oxidación (figura 5).
NtVTh tiene dos potenciales de oxidación: la primera en 0.70 V y la segunda en 0.84 V (figura 5). Durante el primer ciclo, el pico de reducción no se observó, indicando un proceso irreversible. Características electroquímicas de NtVTh muestran que la polimerización no ocurre después de la primera oxidación potencial, algunos electro-inactivo capa de productos de la reacción se deposita en la superficie del electrodo, por lo tanto, lo que dificulta el proceso de polimerización. Lo que es visible es la reacción con el catión radical sobre el vínculo de vinilo, donde la molécula pierde sus Conjugación y forma dímeros en el electrodo.
Si bien es difícil extraer información de portadores de la carga de la CV, es posible distinguir entre polarons y los bipolarons cuando apoyado por un espectrómetro UV-Vis-NIR. El poli neutral (OiPrThEE) se caracterizó por dos amplia absorción π | π * transición de bandas con los máximos picos en λmax1 = 363 nm y λmax2 = 488 nm, relacionados con la forma aromática del derivado polythiophene lámpara. Durante el dopaje oxidativo, se generan nuevas bandas polaronic y bipolaronic. El espectro UV-Vis obtenido durante la oxidación de poly (OiPrThEE) reveló la disminución de la banda de absorción del polímero neutro (300-550 nm) (figura 6) junto con la formación de una nueva banda de absorción (550-950 nm) de los cationes radicales de bithiophene y p- phenylenevinylene con maxima en 692 nm. El punto isosbestic del proceso de oxidación se encuentra en 604 nm. La banda de bipolaronic apareció entre los 950 nm y 1700 nm con un máximo situado en 1438 nm.
Espectroscopia EPR es la técnica que detecta materiales con un electrón desapareado, lo que incluye los radicales orgánicos39. Existen varios parámetros que se podrían extraer de espectros EPR, pero uno de los más interesantes es estimar donde se localizan los radicales. Electrones, similares a los protones, poseen spin. Al colocar un electrón en un campo magnético externo, este giro puede dividirse dos maneras: paralela y antiparalela al campo magnético, dando dos niveles de energía. Este fenómeno se conoce como el efecto de Zeeman40,41. En el caso de los radicales orgánicos, el electrón desapareado interactúa no sólo con el campo magnético externo, sino también con los núcleos magnéticos (núcleos que tienen un spin distinto de cero; I≠0). Un número de niveles de energía degenerados es igual a 2I + 1, donde I es el número del quántum de la vuelta del núcleo que el electrón desapareado interactúa42. La interacción del electrón desapareado con un mayor número de núcleos magnéticos conduce a partir adicional de los niveles de energía y estructura hiperfina del EPR espectros Registro43 (figura 7).
Para las moléculas donde el electrón desapareado interactúa con un mayor número de núcleos, la línea espectral individual podía se superponen, que resulta en el registro de una señal única, amplio44,45,46 (figura 8). esto es típico de los polímeros conjugados, donde el ion radical generado durante un proceso redox es deslocalizadas47,48.
La combinación de espectroscopia EPR con métodos electroquímicos permite la caracterización de los portadores de carga (ion radical) generados durante el proceso de redox así como la determinación del mecanismo de estos procesos49,50 . Si bien resuelto (picos están separados; no en la forma de un amplio pico) se registran los espectros, como en el caso de la reducción electroquímica de s -derivado tetrazina (figura 7), a continuación, el análisis de la estructura hiperfina de los espectros conduce a conclusiones acerca de la localización del electrón desapareado. Una forma de analizar este tipo de espectros es para llevar a cabo la simulación con software especial y espectros simulados con los experimentales un51. Esto es especialmente útil cuando la estructura hiperfina es compleja debido a la interacción de los electrones no apareados con un gran número de protones. Simulación de espectros EPR (línea roja) en el caso del s- tetrazina derivado que se muestra en la figura 7, indica que la interacción del electrón desapareado con cuatro átomos de nitrógeno de s- tetrazina.
<img alt="Diagrama de configuraciones de voltametría cíclica y espectroelectroquímica EPR-UV-Vis-NIR." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 1"> Figura 1: electroquímica y células electroquímicas utilizadas para medidas de. La figura presenta la configuración del esquema de las células electroquímicas/electroquímicas mediante voltametría cíclica, ultravioleta-visible e infrarrojo cercano (UV-Vis-NIR) y electrón resonancia paramagnética (EPR) electroquímicas mediciones. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráficos de voltametría cíclica; potencial vs corriente; COPO1; dibenzotiofeno-S, dióxido de S + ferroceno." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 2"> Figura 2: voltametría cíclica (CV) de COPO1 compuesto correctamente medido (a) y el CV con una inestable de referencia potencial dibenzothiophene-S, S-dióxido con ferroceno (b)52. La figura muestra dos voltagramas cíclicos. (a) presenta correctamente registrada CV y (b) muestra un voltagrama registrado con un electrodo de referencia no estables posibles. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráfico de voltametría cíclica, COPO1, que muestra el análisis de banda prohibida y el rango de potencial redox." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 3"> Figura 3: voltametría cíclica (CV) de COPO1 compuesto en una amplia gama de potenciales. Estimación de los potenciales de inicio para los cálculos de IP y EA de la COPO1 compuestos de52. EA = −2.90 eV y IP = 5,35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráfico de espectroscopia EPR que muestra picos; Mide las transiciones de espín de los electrones, los datos del campo magnético." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 4"> Figura 4. EPR seis línea espectral de manganeso standard. La señal paramagnética de manganeso utilizado para la calibración de la cambio de la señal. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráfico de voltametría cíclica de compuestos; potencial vs. corriente; análisis electroquímico; oxidación." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 5"> Figura 5: voltametría cíclica (CV) del compuesto NtVTh. Voltamperogramas cíclicos de 15 mM NtVTh en 0.1 M Bu4NBF4/CH3CN y estándar de ferroceno que presenta el proceso de degradación en el electrodo de trabajo. Tarifa de exploración 0.05 V/s: (una) fue tomada en la gama −1.4 V a 0.8 V y (b) en la gama −1.4 V a 0,9 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráfico de absorbancia vs. longitud de onda con estructura química, que muestra el estudio de variación de absorción óptica." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 6"> Figura 6: ultravioleta-visible e infrarrojo cercano (UV-Vis-NIR) spectroelectrochemistry de derivados de polietileno (OiPrThEE). Espectros UV-Vis-NIR que presenta la evolución de la banda de absorción a través de la generación de portadores de la carga sobre la estructura del polímero. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Diagrama de estructura química y gráfico de espectro EPR, análisis de datos experimentales vs simulados." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 7"> Figura 7: análisis EPR electroquímicas de derivados tetrazina. (a) estructura del s- tetrazina derivado; (b) espectros EPR registran durante la reducción electroquímica de s- tetrazina derivado (espectro simulado de línea negra de la línea experimental y rojo). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Diagrama de espectro de resonancia paramagnética electrónica (EPR), que muestra datos de respuesta del campo magnético." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 8"> Figura 8: señal de polaron EPR electroquímicas del polímero conjugado. Espectros de resonancia paramagnética (EPR) electrónica registran durante el primer paso de la oxidación del polímero conjugado (espectros EPR de polaron especies). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
<img alt="Gráfico de voltametría cíclica de ferroceno y decametilferroceno que muestra corriente frente a potencial." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg" data-altupdatedat="1754922859000" data-alt="Figure 9"> Figura 9: voltametría cíclica (CV) de ferroceno y decamethylferrocene. Comparación de dos normas electroquímicas como puro y mezcla que muestra el cambio del potencial. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

En este artículo, describimos electroquímico, resonancia paramagnética electrónica y electroquímicas de ultravioleta-visible e infrarrojo cercano métodos para analizar compuestos orgánicos para su aplicación en electrónica orgánica.

Usando voltametría cíclica, UV-Vis-NIR y EPR Spectroelectrochemistry para analizar compuestos orgánicos

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

Estos métodos pueden ayudar a identificar el efecto de la estructura molecular de las moléculas orgánicas electroactivas en las generaciones y dinámicas portadoras cargadas, el potencial de desglose, la afinidad de electrones y los valores de gráfico de enlace. Estos métodos son una forma barata y rápida de determinar los parámetros más valiosos para muchos materiales electroactivos, sin la necesidad de construir dispositivos especiales. El método presentado se puede utilizar para analizar todos los tipos de compuestos activos de electrones, como aquellos con bielectrones deslocalizados, incluyendo moléculas pequeñas y grandes cadenas poliméricas.Para iniciar el procedimiento CV, llene una célula electroquímica limpia con 1,5 mililitros de solución de electrolitos y tape la célula con soporte de electrodo de politetrafluoroetileno. Inserte electrodos auxiliares y de referencia de trabajo en la tapa con los electrodos de trabajo y de referencia lo más cerca posible sin tocar. Asegúrese de que los electrodos estén sumergidos en el electrolito.A continuación, conecte los electrodos a un potenciostato, teniendo cuidado de no dejar que los conectores se toquen entre sí. Para un análisis de reducción, burbujee el gas inerte a través de la solución durante al menos cinco minutos para eliminar el oxígeno disuelto. A continuación, levante la línea de gas inerte por encima de la solución y deje el gas fluyendo durante todo el experimento.Una vez que la célula electroquímica esté lista, abra el software potenciostato y seleccione el procedimiento CV. Establezca el potencial de inicio en cero voltios y establezca los potenciales de vértices superior e inferior en dos voltios y cero voltios para el análisis de oxidación, o en cero voltios y 2,5 voltios negativos para el análisis de reducción. Establezca el potencial de parada en cero voltios.Y el número de pasos de alto a seis. Y la velocidad de escaneo a 0.05 voltios por segundo. Asigne un nombre al archivo de datos y adquiera un voltammograma.Compruebe que los electrodos estén limpios y se haya eliminado el oxígeno disuelto si procede. A continuación, agregue 10 microlitros de una solución de furacina de un mililar al electrolito y adquiera una exploración de referencia. Después de eso, vacíe y limpie la célula y los electrodos.Llene la célula con 1,5 mililitros de una solución de un milimolar del compuesto a analizar en el electrolito. Vuelva a conectar la célula al potenciostato y escupa la solución si es necesario. A continuación, establezca el potencial de inicio en cero voltios.Los potenciales de vértice superior e inferior a 0,5 voltios y cero voltios para la oxidación. O cero voltios y 0,5 voltios negativos para la reducción. El potencial de parada a cero voltios.Y el número de pasos de alto a 10. Y la velocidad de escaneo a 0.05 voltios por segundo. Asigne un nombre al archivo de datos y adquiera este votammograma inicial.A continuación, aumente el potencial de vértice superior en 0,1 voltios para un análisis de oxidación o disminuya el potencial de vértice inferior en 0,1 voltios para un análisis de reducción. Y vuelva a ejecutar el análisis. Repita este proceso hasta que se observe el pico completo de interés.Si las exploraciones sucesivas han cambiado el potencial limpia el electrodo de referencia, deje que se empape en la solución de electrolitos durante una hora. Y luego repita la medida. Después de completar las mediciones de oxidación, realice mediciones de reducción o vis versa.A continuación, establezca el potencial de inicio en cero voltios, el vértice superior en un voltio, el vértice inferior en 2,7 voltios negativos y el potencial de parada en cero voltios. Ejecute el análisis y ajuste la ventana potencial según sea necesario para asegurarse de que los picos completos estén visibles. Repita el proceso a diferentes velocidades de escaneo y en presencia de furacina.Para comenzar el procedimiento UV-Vis cerca de IR, llene una célula espectroelectroquímica limpia con 0,5 mililitros de una solución de electrolitos. Inserte los electrodos auxiliares y de referencia de trabajo y coloque la célula montada en el espectrómetro. Conecte los electrodos al potenciostato y abra el potenciostato y el software del espectrómetro.Tome las mediciones de absorbancia en cada detector como un disolvente en blanco. A continuación, desconecte, vacíe y limpie la celda. Recartínelo con una solución molar de una vez 10 a la quinta solución molar negativa de un compuesto en el electrolito, o con el electrolito solo si se prueba un material depositado en el electrodo de trabajo.Es muy importante configurar la célula espectroelectroquímica correctamente y de la manera más similar posible a la célula espectroelectroquímica utilizada para registrar el espectro en blanco, sólo esto asegurará el registro de buenos resultados. Coloque la célula en el espectrómetro y vuelva a conectar los electrodos al potenciostato. Aplique un potencial neutro a la célula y adquiera un espectro inicial.Aumente el potencial en 0,1 voltios y espere unos 10 segundos para que el proceso se estabilice. Luego adquiera otro espectro. Continúe este proceso hasta que se observe el primer cambio en el espectro.Y luego guarda ese espectro. A continuación, aumentar el potencial en 0,05 voltios. Espere 10 segundos.Y adquirir un espectro. Repita este proceso hasta que se alcance el primer o segundo potencial de oxidación, determinado a partir de la medición CV. A continuación, de dope la película mediante la aplicación de un potencial neutro.Al final, comparar los espectros de la película antes de la oxidación y después del dopaje. Para iniciar el procedimiento de espectroelectroquímica EPR para materiales poliméricos depositados en un electrodo de trabajo, llene la célula espectroelectroquímica con el electrolito y colóquela en el espectrómetro EPR. Configure el estándar de manganeso y ajuste los parámetros del instrumento para cubrir solo la tercera y cuarta líneas de manganeso.Adquirir un espectro de fondo, comprobar si hay contaminantes, y luego eliminar y limpiar la célula. A continuación, rellene la célula con el electrolito. Coloque los electrodos en la célula con la referencia y los electrodos de trabajo dentro de la espiral de alambre del electrodo auxiliar, teniendo cuidado de no dañar la capa polimérica en el electrodo de trabajo.Coloque el electrodo de trabajo cerca de la parte inferior de la célula y el electrodo de referencia cerca de la parte superior de la sección activa del electrodo de trabajo. Conecte los electrodos a un potenciostato y coloque la célula en el instrumento. Es fundamental configurar correctamente la célula espectroelectroquímica y no destruir positivos definitivos en la superficie del electrodo de trabajo.La colocación incorrecta de los electrodos de trabajo hace imposible registrar los resultados. Aplicar un potencial neutro y adquirir un espectro inicial. A continuación, aumente el potencial en 0,1 voltios, espere 10 segundos hasta que la muestra se equilibre y adquiera otro espectro.Repita este proceso hasta que aparezca la señal EPR. A continuación, aumentar el potencial en 0,05 voltios, esperar 10 segundos y adquirir otro espectro. Continúe este proceso hasta que se alcance el primer o segundo potencial de oxidación y luego invierta los pasos potenciales y vuelva al potencial inicial de la misma manera.A continuación, aplique el potencial en el que apareció la señal EPR. Habilite la referencia del manganeso y registre un espectro para obtener una medición con la tercera y cuarta líneas espectrales del manganeso. Los potenciales de inicio de los procesos reversibles e irreversibles se pueden estimar a partir de cálculos basados en la intersección de líneas tangentes a los picos CV con el fondo, ajustados para el material de referencia.UV-Vis cerca de la espectroscopia IR de este derivado de politiofeno muestran la banda de absorción de polímeros neutros disminuyendo y nuevas bandas de absorción polarónica y bipolarónica que se forman durante el dopaje oxidativo, con un punto isosbestico a 604 nanómetros. La nueva banda polarónica de 550 a 950 nanómetros fue atribuido a los cationes radicales de biotiofeneno y parafenileno fenileno. Se observó una nueva banda bipolarónica entre 950 y 1700 nanómetros.La espectroscopia de EPR durante la reducción de este derivado de S-tetrazina mostró un patrón de división hiperfina que coincidía con una simulación consistente con la interacción de un electrón no emparejado con los cuatro átomos de nitrógeno de S-tetrazina. Una sola señal EPR amplia se observa a menudo a partir de polímeros conjugados, lo que indica una de localización significativa del iones radicales generado por el proceso de redux de interés. Durante la realización de análisis de reducción durante este procedimiento asegúrese de desdopiar correctamente la solución antes de la medición para evitar cualquier interferencia del auto oxígeno.Después de este procedimiento, el potencial de ionización de afinidad de electrones y la tapa de banda del material investigado se pueden estimar a partir de los datos. Mediante este procedimiento puede determinar el impacto de la estructura química en las propiedades investigadas para un grupo de materiales.

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Aquí, presentamos un método para la caracterización espectroscópica de moléculas orgánicas por medio de espectroscopia tiempo-resolved de la fotoluminiscencia en la escala de tiempo de nanosegundos a milisegundos en condiciones libres de oxígeno. También se describen métodos para quitar eficientemente el oxígeno de las muestras y, así, limitar el amortiguamiento de luminiscencia.

Tiempo-resolved fotofísicas caracterización de trío cosecha compuestos orgánicos en un libre de oxígeno ambiente usando un iCCD cámara

Aprende a analizar compuestos orgánicos mediante voltametría cíclica, espectroscopía UV-Vis-NIR y EPR para evaluar parámetros electroquímicos clave en electrónica orgánica de forma rápida y económica.

Usando voltametría cíclica, UV-Vis-NIR y EPR Spectroelectrochemistry para analizar compuestos orgánicos

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