Name: Wykorzystanie woltamperometrii cyklicznej, UV-vis-NIR i spektroelektrochemii EPR do analizy związków organicznych (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-10-18T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 44 s
Description: Poznaj metody woltamperometrii cyklicznej, spektroskopii UV-vis-NIR i spektroelektrochemii EPR do analizy związków organicznych w elektronice organicznej. Techniki te umożliwiają szybką i ekonomiczną ocenę kluczowych parametrów materiałów elektroaktywnych.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Autorzy dziękują za wsparcie finansowe projektu "Excilight" "Donor-Acceptor Light Emitting Exciplexes as Materials for Easy-to-tailor Ultra-efficient OLED Lightning" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) finansowanego przez działania Marie Skłodowska-Curie w ramach programu ramowego na rzecz badań i innowacji "Horyzont-2020".

<ol><li>O'Brien, D. F., Baldo, M. A., Thompson, M. E., Forrest, S. R. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.123055">Improved energy transfer in electrophosphorescent devices.</a> Applied Physics Letters. 74, 442-444 (1999).</li>
<li>Chin, B. D., et al. <a target="_blank" href="https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.2936837">Effects of interlayers on phosphorescent blue organic light-emitting diodes.</a> Applied Physics Letters. 86, 133505-133507 (2005).</li>
<li>Cardon, C. M., Li, W., Kaifer, A. E., Stockdale, D., Bazan, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Considerations+for+Determining+Absolute+Frontier+Orbital+Energy+Levels+of+Conjugated+Polymers+for+Solar+Cell+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Considerations for Determining Absolute Frontier Orbital Energy Levels of Conjugated Polymers for Solar Cell Applications.</a> Advanced Materials. 23, 2367-2371 (2011).</li>
<li>Bang, A. -M., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/ra/c6ra27518d">A novel random terpolymer for high-efficiency bulk-heterojunction polymer solar cells.</a> RSC Advances. 7, 1975-1980 (2017).</li>
<li>Tybrandt, K., Kollipara, S. B., Berggren, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925400514001142">Organic electrochemical transistors for signal amplification in fast scan cyclic voltammetry.</a> Sensors and Actuators B: Chemical. 195, 651-656 (2014).</li>
<li>Schaur, S., Stadler, P., Meana-Esteban, B., Neugebauer, H., Sariciftci, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+doping+for+lowering+contact+barriers+in+organic+field+effect+transistors%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Electronics%22%5BJournal%5D)">Electrochemical doping for lowering contact barriers in organic field effect transistors.</a> Organic Electronics. 13, 1296-1301 (2012).</li>
<li>Mullen, K., Scherf, U. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMullen%2C+K+%22Organic+Light+Emitting+Devices%3A+Synthesis%2C+Properties+and+Applications%22">Organic Light Emitting Devices: Synthesis, Properties and Applications</a>. , Wiley-VCH. Weinheim. (2006).</li>
<li>Monk, P. M. S., Mortimer, R. J., Rosseinsky, D. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMonk%2C+PMS+%22Electrochromism+and+Electrochromic+Devices%22">Electrochromism and Electrochromic Devices</a>. , Cambridge University Press. Cambridge. (2007).</li>
<li>Skotheim, T. A., Elsenbaumer, R. L., Reynolds, J. R. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkotheim%2C+TA+%22Handbook+of+Conducting+Polymers%22">Handbook of Conducting Polymers</a>. , Marcel Dekker. New York. (1998).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468616307022">Kesterite Inorganic-Organic Heterojunction for Solution Processable Solar Cells.</a> Electrochimica Acta. 201, 78-85 (2016).</li>
<li>Data, P., Pander, P., Okazaki, M., Takeda, Y., Minakata, S., Monkman, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dibenzo%5Ba%2Cj%5Dphenazine-Cored+Donor-Acceptor-Donor+Compounds+as+Green-to-Red%2FNIR+Thermally+Activated+Delayed+Fluorescence+Organic+Light+Emitters%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie+International+Edition%22%5BJournal%5D)">Dibenzo[a,j]phenazine-Cored Donor-Acceptor-Donor Compounds as Green-to-Red/NIR Thermally Activated Delayed Fluorescence Organic Light Emitters.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55 (19), 5739-5744 (2016).</li>
<li>Jankus, V., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201400948">Highly Efficient TADF OLEDs: How the Emitter-Host Interaction Controls Both the Excited State Species and Electrical Properties of the Devices to Achieve Near 100% Triplet Harvesting and High Efficiency.</a> Advanced Functional Materials. 24 (39), 6178-6186 (2014).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.5b11263">Exciplex Enhancement as a Tool to Increase OLED Device Efficiency.</a> Journal of Physical Chemistry C. 120 (4), 2070-2078 (2016).</li>
<li>Dias, F. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Role+of+Local+Triplet+Excited+States+and+D-A+Relative+Orientation+in+Thermally+Activated+Delayed+Fluorescence%3A+Photophysics+and+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Science%22%5BJournal%5D)">The Role of Local Triplet Excited States and D-A Relative Orientation in Thermally Activated Delayed Fluorescence: Photophysics and Devices.</a> Advanced Science. , (2016).</li>
<li>Okazaki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermally+Activated+Delayed+Fluorescent+Phenothiazine-Dibenzo%5Ba%2Cj%5Dphenazine-Phenothiazine+Triads+Exhibiting+Tricolor-Changing+Mechanochromic+Luminescence%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Thermally Activated Delayed Fluorescent Phenothiazine-Dibenzo[a,j]phenazine-Phenothiazine Triads Exhibiting Tricolor-Changing Mechanochromic Luminescence.</a> Chemical Science. 8, 2677-2686 (2017).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468615305223">Efficient p-phenylene based OLEDs with mixed interfacial exciplex emission.</a> Electrochimica Acta. 182, 524-528 (2015).</li>
<li>Goushi, K., Yoshida, K., Sato, K., Adachi, C. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/nphoton.2012.31">Organic light-emitting diodes employing efficient reverse intersystem crossing for triplet-to-singlet state conversion.</a> Nature Photonics. 6, 253-258 (2012).</li>
<li>Data, P., Lapkowski, M., Motyka, M., Suwinski, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468612012947">Influence of heteroaryl group on electrochemical and spectroscopic properties of conjugated polymers.</a> Electrochimica Acta. 83, 271-282 (2012).</li>
<li>Data, P., Motyka, M., Lapkowski, M., Suwinski, J., Monkman, A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.5b06846">Spectroelectrochemical Analysis of Charge Carries as a Way of Improving Poly(p-phenylene) Based Electrochromic Windows.</a> Journal of Physical Chemistry C. 119, 20188-20200 (2015).</li>
<li>Enengl, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Explaining+the+Cyclic+Voltammetry+of+a+Poly%281%2C4-phenylene-ethynylene%29-alt-poly%281%2C4-phenylene-vinylene%29+Copolymer+upon+Oxidation+by+using+Spectroscopic+Techniques%5BTitle%5D)+AND+%22ChemPhysChem%22%5BJournal%5D)">Explaining the Cyclic Voltammetry of a Poly(1,4-phenylene-ethynylene)-alt-poly(1,4-phenylene-vinylene) Copolymer upon Oxidation by using Spectroscopic Techniques.</a> ChemPhysChem. 18, 93-100 (2017).</li>
<li>Gudeika, D., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720811000428">Hydrazone containing electron-accepting and electron-donaiting moieties.</a> Dyes Pigments. 91, 13-19 (2011).</li>
<li>Swist, A., Cabaj, J., Soloducho, J., Data, P., Lapkowski, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0379677913003469">Novel acridone-based branched blocks as highly fluorescent materials.</a> Synthetic Metals. 180, 1-8 (2013).</li>
<li>Data, P., Lapkowski, M., Motyka, M., Suwinski, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468612015551">Influence of alkyl chain on electrochemical and spectroscopic properties of polyselenophenes.</a> Electrochimica Acta. 87, 438-449 (2013).</li>
<li>Laba, K., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/marc.201500260">Electrochemically induced synthesis of poly(2,6-carbazole).</a> Macromolecular Rapid Communications. 36, 1749-1755 (2015).</li>
<li>Pluczyk, S., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.5b11555">Unusual Electrochemical Properties of the Electropolymerized Thin Layer Based on a s-Tetrazine-Triphenylamine Monomer.</a> Journal of Physical Chemistry C. 120, 4382-4391 (2016).</li>
<li>Blacha-Grzechnik, A., Turczyn, R., Burek, M., Zak, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0924203114000204">In situ Raman spectroscopic studies on potential-induced structural changes in polyaniline thin films synthesized via surface-initiated electropolymerization on covalently modified gold surface.</a> Vibrational Spectroscopy. 71, 30-36 (2014).</li>
<li>Laba, K., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp512941z">Diquinoline derivatives as materials for potential optoelectronic applications.</a> Journal of Physical Chemistry C. 119, 13129-13137 (2015).</li>
<li>Enengl, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tc/c6tc02717b">Spectroscopic characterization of charge carriers of the organic semiconductor quinacridone compared with pentacene during redox reactions.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 10265-10278 (2016).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468617301706">Electrochemically Induced Synthesis of Triphenylamine-based Polyhydrazones.</a> Electrochimica Acta. 230, 10-21 (2017).</li>
<li>Brzeczek, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0143720814003921">Synthesis and properties of 1,3,5-tricarbazolylbenzenes with star-shaped architecture.</a> Dyes Pigments. 113, 640-648 (2015).</li>
<li>Data, P., Lapkowski, M., Motyka, M., Suwinski, J. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468611016926">Electrochemistry and spectroelectrochemistry of a novel selenophene-based monomer.</a> Electrochimica Acta. 59, 567-572 (2012).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861302402X">Electrochemical and spectroelectrochemical comparison of alternated monomers and their copolymers based on carbazole and thiophene derivatives.</a> Electrochimica Acta. 122, 118-129 (2014).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468615306289">Evidence for Solid State Electrochemical Degradation Within a Small Molecule OLED.</a> Electrochimica Acta. 184, 86-93 (2015).</li>
<li>Data, P., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0013468613025619">Unusual properties of electropolymerized 2,7- and 3,6- carbazole derivatives.</a> Electrochimica Acta. 1282, 430-438 (2014).</li>
<li>Etherington, M. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Regio-+and+conformational+isomerization+critical+to+design+of+efficient+thermally-activated+delayed+fluorescence+emitters%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Regio- and conformational isomerization critical to design of efficient thermally-activated delayed fluorescence emitters.</a> Nature Communications. 8, 14987(2017).</li>
<li>Trasatti, S. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0022072886805708">The absolute electrode potential: an explanatory note.</a> Pure and Applied Chemistry. 58, 955-966 (1986).</li>
<li>Cardona, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemical+Considerations+for+Determining+Absolute+Frontier+Orbital+Energy+Levels+of+Conjugated+Polymers+for+Solar+Cell+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Materials%22%5BJournal%5D)">Electrochemical Considerations for Determining Absolute Frontier Orbital Energy Levels of Conjugated Polymers for Solar Cell Applications.</a> Advanced Materials. 23, 2367-2371 (2011).</li>
<li>Bredas, J. -L. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2014/mh/c3mh00098b">Mind the gap!</a> Mater Horiz. 1, 17-19 (2014).</li>
<li>Gerson, F., Huber, W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGerson%2C+F+%22Electron+Spin+Resonance+Spectroscopy+of+Organic+Radicals%22">Electron Spin Resonance Spectroscopy of Organic Radicals</a>. , (2003).</li>
<li>Brustolon, M., Giamello, E. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aBrustolon%2C+M+%22Electron+Paramagnetic+Resonance.+A+Practitioner%27s+Toolkit%22">Electron Paramagnetic Resonance. A Practitioner's Toolkit</a>. , John Wiley & Sons Inc. New Jersey. (2009).</li>
<li>Weil, J., Bolton, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWeil%2C+J+%22Electron+Paramagnetic+Resonance%3A+Elementary+Theory+and+Practical+Applications%22">Electron Paramagnetic Resonance: Elementary Theory and Practical Applications</a>. , John Wiley & Sons, Inc. (2007).</li>
<li>Rieger, P. H. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRieger%2C+PH+%22Electron+Spin+Resonance.+Analysis+and+Interpretation%22">Electron Spin Resonance. Analysis and Interpretation</a>. , The Royal Society of Chemistry. (2007).</li>
<li>Roznyatovskiy, V. V., Gardner, D. M., Eaton, S. W., Wasielewski, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Radical+Anions+of+Trifluoromethylated+Perylene+and+Naphthalene+Imide+and+Diimide+Electron+Acceptors%5BTitle%5D)+AND+%22Organic+Letters%22%5BJournal%5D)">Radical Anions of Trifluoromethylated Perylene and Naphthalene Imide and Diimide Electron Acceptors.</a> Organic Letters. 16, 16-19 (2013).</li>
<li>Pluczyk, S., Kuznik, W., Lapkowski, M., Reghu, R. R., Grazulevicius, J. V. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S001346861401041X">The Effect of the Linking Topology on the Electrochemical and Spectroelectrochemical Properties of Carbazolyl Substituted Perylene Bisimides.</a> Electrochimica Acta. 135, 487-494 (2014).</li>
<li>Ledwon, P., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2016/tc/c5tc04183j">A Novel Donor-acceptor Carbazole and Benzothiadiazole Material for Deep Red and Infrared Emitting Applications.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4, 2219-2227 (2016).</li>
<li>Heinze, J., Frontana-Uribe, B. A., Ludwigs, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemistry+of+Conducting+Polymers-Persistent+Models+and+New+Concepts%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Electrochemistry of Conducting Polymers-Persistent Models and New Concepts.</a> Chemical Reviews. 110, 4724-4771 (2010).</li>
<li>Kurowska, A., Kostyuchenko, A. S., Zassowski, P., Skorka, L., Yurpalov, V. L., Fisyuk, A. S., Pron, A., Domagala, W. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp507838c">Symmetrically Disubstituted Bithiophene Derivatives of Properties.</a> Journal of Physical Chemistry C. 118, 25176-25189 (2014).</li>
<li>Zotti, G., Schiavon, G., Zecchin, S., Morin, J. F., Leclerc, M. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ma011311c">Electrochemical, Conductive, and Magnetic Properties of 2,7-Carbazole-Based Conjugated Polymers.</a> Macromolecules. 35, 2122-2128 (2002).</li>
<li>Kaim, W., Fiedler, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spectroelectrochemistry%3A+The+Best+of+Two+Worlds%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Society+Reviews%22%5BJournal%5D)">Spectroelectrochemistry: The Best of Two Worlds.</a> Chemical Society Reviews. 38, 3373-3382 (2009).</li>
<li>Duling, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulation+of+Multiple+Isotropic+Spin-Trap+EPR+Spectra%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Magnetic+Resonance%2C+Series+B%22%5BJournal%5D)">Simulation of Multiple Isotropic Spin-Trap EPR Spectra.</a> Journal of Magnetic Resonance, Series B. 104, 105-110 (1994).</li>
<li>Benson, C. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multiplying+the+Electron+Storage+Capacity+of+a+Bis-Tetrazine+Pincer+Ligand%5BTitle%5D)+AND+%22Dalton+Transactions%22%5BJournal%5D)">Multiplying the Electron Storage Capacity of a Bis-Tetrazine Pincer Ligand.</a> Dalton Transactions. 43, 6513-6524 (2014).</li>
<li>Nobuyasu, R. S., et al. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adom.201500689">Rational Design of TADF Polymers Using a Donor-Acceptor Monomer with Enhanced TADF Efﬁ ciency Induced by the Energy Alignment of Charge Transfer and Local Triplet Excited States.</a> Advanced Optical Materials. 4, 597-607 (2016).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Techniki elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne nie mają ograniczeń; Za pomocą tych technik można analizować zarówno roztwory w stanie stałym, jak i ciekłe w szerokim zakresie temperatur i innych warunków. Ważną rzeczą we wszystkich tych przypadkach jest to, że związki/materiały są analizowane pod kątem zastosowanego potencjału, odtwarzając rzeczywiste warunki pracy organicznych urządzeń elektronicznych. Jedyna różnica polega na tym, że w elektrochemii obserwuje się tworzenie nośników ładunku.
Przedstawione tu metody wskazują na przydatność analizy naładowanych nośników generowanych w związkach organicznych, które korelują z ich przydatnością w elektronice organicznej. Co więcej, techniki elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne są tańsze i mniej wymagające niż typowe metody stosowane w analizie nośników ładunku, ale istnieją pewne krytyczne kroki i modyfikacje protokołu, które są potrzebne w zależności od uzyskanych wyników.
Podczas charakterystyki elektrochemicznej zawsze zaczynaj od określonego stężenia. Jeśli porówna się zestaw związków, wszystkie materiały muszą mieć to samo stężenie molowe. Najlepiej zacząć od stężenia 1 mM i szybkości skanowania 50 mV/s, jak wskazano w protokole w tym badaniu, ale dobrze jest znać stężenie próbki na obserwowanym zachowaniu elektrochemicznym. Zawsze staraj się zmierzyć co najmniej trzy skany. Pierwsze dwa skany są zwykle różne, ponieważ warunki początkowe (równowaga) są różne. Drugi i trzeci skan powinny być takie same. Jeśli drugi i trzeci skan są takie same, prawdopodobnie nie obserwuje się żadnych reakcji ubocznych w tym układzie (ryc. 2a). W procesie utleniania pojawia się nowy pik o niższym potencjale, co pokazuje, że materiał przewodzący został osadzony na WE 18,19,24,25,29,30,31,32. Jeśli wysokość dolnego piku wzrasta w kolejnych skanach, to prawdopodobnie sprzężony polimer został osadzony 18,19,24,25,29,30,31,32. Jeśli wszystkie prądy zmniejszają się w kolejnych skanach, oznacza to, że nieprzewodzący produkt degradacji został osadzony na elektrodzie. Jeśli zaobserwuje się bardzo mały pik przed głównym pikiem utleniania lub redukcji (szczególnie w przypadku polimerów), to prawdopodobnie jest to proces pułapkowania ładunku 19,23,31,34. Jeśli obserwuje się bardzo ostry pik utleniania lub redukcji dedopingu, to jest to prawdopodobnie spowodowane rozkładem struktur krystalicznych na elektrodzie powstałej w procesie elektrokrystalizacji podczas utleniania35.
Zawsze sprawdzaj zachowanie badanego związku przed, w trakcie i po szczytach redoks. Oznacza to, że należy zarejestrować co najmniej trzy skany CV: z górnym (w przypadku utleniania) lub dolnym potencjałem wierzchołkowym odpowiednio niższym lub wyższym, a następnie potencjałem maksimum piku, przy czym potencjał górnego lub dolnego wierzchołka jest ustawiony dokładnie na maksimum piku oraz o potencjałach wierzchołkowych wyższych (utlenienie) i niższych (redukcja) niż potencjał maksimum piku. Obserwowany proces może się różnić, a czasami teoretycznie można zaobserwować dwa procesy pod jednym pikiem. Zawsze porównuj zebrane cykliczne woltogramy elektrolitu (krok 2.6), ferrocenu (krok 2.9), związku (krok 2.13) i ferrocenu ze związkiem (krok 2.19); Jest kilka kwestii, które należy wziąć pod uwagę.
Zawsze porównuj sygnały CV elektrolitu i badanego związku, jeśli jakiekolwiek sygnały z elektrolitu są widoczne na cyklicznym woltammogromie mierzonego związku, wówczas elektrolit musi zostać wymieniony, ponieważ jego okno elektrochemiczne jest zbyt niskie lub elektrolit jest zanieczyszczony. Jeśli sygnał (para redoks) ferrocenu (krok 2.9) i ferrocenu ze związkiem (krok 2.19) znajduje się w tej samej pozycji, oznacza to, że wszystko jest wykonywane poprawnie. Jeśli piki są przesunięte między sobą, sprawdź RE i powtórz pomiar. Jeżeli sygnał (potencjał utleniania, redukcji lub pary redoks) badanego związku z dodatkiem ferrocenu (krok 2.19) ma wyższy potencjał niż sygnał czystego związku (etap 2.13), należy wziąć pod uwagę wartości (potencjał utleniania, redukcji lub pary redoks) z cyklicznego woltammogram czystego związku. Przesunięcie jest spowodowane większą ilością ferrocenu w roztworze. Gdy obserwuje się dwa procesy utleniania, pierwszy proces (utlenianie lub redukcja), który zawsze zachodzi na WE, może wpływać na powierzchnię czynną; może to spowodować wzrost potencjału utleniania drugiego procesu (rysunek 9).

Na całym świecie, naukowcy nieustannie poszukują nowych materiałów organicznych, które mogą być używane w elektronice organicznej o pożądanej wydajności lub stabilności, która spada wraz z długotrwałym użytkowaniem. W przypadku urządzeń organicznych ważne jest, aby zrozumieć zachowanie nośnika ładunku, aby w pełni poznać zasady rządzące zachowaniem urządzenia. Analiza wpływu struktury molekularnej na wytwarzanie nośnika ładunku oraz dynamikę i utrzymanie równowagi wstrzykiwanych nośników ładunku, zarówno dodatnich (), jak i ujemnych (elektrony), ma kluczowe znaczenie dla poprawy wydajności i stabilności urządzeń organicznych. Zapewnia to efektywną rekombinację tych pojedynczych ładunków, a w konsekwencji znacznie poprawia wydajność fotoluminescencji organicznych diod elektroluminescencyjnych (OLED)1,2. W przypadku organicznych tranzystorów fotowoltaicznych (OPV)3,4 oraz organicznych tranzystorów polowych (OFET)5,6, konieczne jest posiadanie materiałów o dużej mobilności nośnika ładunku. Oprócz analizy nośników ładunku, kilka ważnych parametrów organicznych materiałów elektroaktywnych pomaga w przewidywaniu, gdzie materiał może być wykorzystany: potencjał jonizacji (IP), poziomy energii powinowactwa elektronów (EA) i przerwa energetyczna między nimi7,8,9,10.
W tej pracy prezentujemy metodę efektywnego pomiaru cyklicznej woltamperometrii (CV), która może być wykorzystana w analizie wszystkich rodzajów materiałów elektroaktywnych. Technika ta dostarcza informacji o właściwościach redoks, mechanizmie domieszkowania/dedopingowania, stabilności, konwersji i magazynowaniu energii itp. Pozwala również na oszacowanie powinowactwa elektronowego i energii jonizacji badanych związków w znacznie tańszy i szybszy sposób w porównaniu z innymi metodami wysokiej próżni. Powyższe parametry korelują z poziomami energii najwyższego zajętego orbitalu molekularnego (HOMO) i najniższego niezajętego orbitalu molekularnego (LUMO).
Metoda przedstawiona w tym artykule może być użyta do analizy wszystkich typów sprzężonych związków, takich jak te z delokalizowanymi π-elektronami w swoich strukturach. Związki sprzężone mogą być małymi cząsteczkami o dużych łańcuchach polimerowych. Małe cząsteczki mogą być również monomerami; Podczas początkowej reakcji (fotochemicznej, elektrochemicznej lub chemicznej) monomery mogą tworzyć polimery. W zastosowaniach OLED wartości poziomu energii są niezbędne, aby umożliwić użycie właściwego hosta dla emitera w termicznie aktywowanym systemie opóźnionej fluorescencji (TADF) lub zdecydować, z jakich związków można utworzyć warstwę donor-akceptor ekscipleksu i jakie dodatkowe warstwy (warstwa transportująca elektrony (ETL), warstwa transportująca dziurę (HTL), warstwa blokująca elektrony (EBL), i warstwa blokująca otwory (HBL)) będą niezbędne do syntezy stabilnych, wydajnie naładowanych, zrównoważonych urządzeń OLED11,12,13,14,15,16,17. Dodatkowe pomiary elektrochemiczne pozwalają na zbadanie możliwych reakcji ubocznych zachodzących w procesie degradacji warstwy aktywnej i powstawania nisko ruchomych nośników ładunku (bipolaronów)18,19,20,21,22.
Sprzężenie metod elektrochemicznych i spektroelektrochemicznych pozwala na łatwe, dokładne i niezawodne określenie stopnia utlenienia lub redukcji sprzężonych związków i ich potencjału degradacji, co jest kluczowe dla stabilności23,24,25,26,27,28. Spektroskopia ultrafioletowo-widzialna i bliskiej podczerwieni (UV-Vis-NIR) w połączeniu z elektrochemią może scharakteryzować podstawowe właściwości chromatyczne wszystkich nowych sprzężonych związków, takie jak zmiana pasma absorpcji podczas domieszkowania18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30.
W badaniu związanym z mechanizmem dopingu, ważne jest zdefiniowanie rodzaju nośników ładunku. W procesie tym biorą udział dwie klasy naładowanych kwazicząstek, jedna o nieskompensowanym spinie (polarony), a druga o diamagnetycznym spinie (bipolarony); Spektroskopia elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) stanowi nieocenioną pomoc, która bezpośrednio pozwala obserwować i śledzić zmiany w populacjach polaronów paramagnetycznych29,30,31,32. W małych cząsteczkach trudno jest tworzyć bipolarony, ale cząsteczki te mogą być dość sprzężone i mają właściwości indukujące bipolarony; Ważne jest, aby sprawdzić, czy i przy jakim potencjale w strukturze powstają polarony i bipolarony. Bipolarony mają co najmniej o jeden rząd niższą ruchliwość niż polarony; w związku z tym, jeśli bipolarony powstają w działających urządzeniach, może to prowadzić do niezrównoważonego stosunku nośników ładunku, co skutkowałoby wysokim prądem i przegrzaniem urządzenia OLED lub może być centrum degradacji33.
Metoda pomiaru zaproponowana w tym badaniu jest tania i szybsza oraz pozwala na określenie najbardziej wartościowych parametrów operacyjnych dla dużej liczby materiałów elektroaktywnych bez potrzeby stosowania specjalnych urządzeń opartych na nowo zsyntetyzowanych materiałach do sprawdzania ich wydajności. Stosując elektrochemię i spektroelektrochemię, można wybrać jeden materiał, który jest naprawdę obiecujący spośród setek nowych materiałów. Ponadto możliwe jest uzyskanie szczegółowych informacji na temat procesów dopingowania i ich wpływu na strukturę chemiczną testowanych układów sprzężonych z wykorzystaniem metod elektrochemicznych i spektroelektrochemicznych, co pozwala na konstruowanie bardziej wydajnych urządzeń elektroniki organicznej.

<table><tbody><tr><td>Potencjostat</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>Detektor UV-Vis</td><td>Oceanoptics</td><td>QE6500</td><td></td></tr><tr><td>Detektor NIR</td><td>Oceanoptics</td><td>NIRQuest</td><td></td></tr><tr><td>Dichlorometan (DCM)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>106048</td><td></td></tr><tr><td>Tetrafluoroboran tetrabutyloamonu (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>Aceton, 99.9%</td>Kąpiel ultradźwiękowa <td>Sigma-Aldrich</td><td>439126</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Elma</td><td>S30H</td><td></td></tr><tr><td>Tetrahydrofuran >99.9%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>401757</td><td></td></tr><tr><td>ferrocen >98%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>F408</td><td></td></tr><tr><td>dekametyloferrocen >97%</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>378542</td><td></td></tr></tbody></table>

wykorzystanie woltamperometrii cyklicznej, uv-vis-nir i spektroelektrochemii epr do analizy związków organicznych

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

Woltamperometria cykliczna (CV) to technika stosowana w analizie związków organicznych. Kiedy ta technika jest połączona ze spektroskopiami elektronowego rezonansu paramagnetycznego (EPR) lub ultrafioletowo-widzialnym i bliskiej podczerwieni (UV-Vis-NIR), uzyskujemy przydatne informacje, takie jak powinowactwo elektronowe, potencjał jonizacji, energie przerwy energetycznej, rodzaj nośników ładunku i informacje o degradacji, które można wykorzystać do syntezy stabilnych organicznych urządzeń elektronicznych. W niniejszej pracy przedstawiono metody elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne służące do analizy procesów zachodzących w warstwach czynnych urządzenia organicznego oraz generowanych nośnikach ładunku.

Najczęstszym zastosowaniem analizy CV jest szacowanie IP oraz EA. Choć istnieje kilka sposobów pozyskiwania danych CV, zdecydowanie zaleca się ich obliczanie na podstawie początku peaków redoks (Rycina 3). Podejście to pozwala na ujednolicenie procedury obliczeniowej. Nie wszystkie badane materiały ulegają odwracalnym procesom utleniania/redukcji (Rycina 3); w takich sytuacjach nie jest możliwe dokonywanie obliczeń na podstawie potencjałów średnich (średniej z potencjałów odpowiadających maksimum peaków redukcji katodowej i utleniania anodowego). Niemniej jednak, prawie zawsze możliwe jest poprowadzenie stycznej do peaku, jak pokazano na Rycynie 3. Wyznaczając punkt przecięcia z linią tła i stosując Równania 1 i 2, wartości IP i EA szacuje się odpowiednio na 5.35 eV i −2.90 eV. Istnieje również kilka różnych skal używanych do oceny IP i EA na podstawie pomiarów CV. Najczęściej stosowanymi skalami dla materiałów organicznych są wartości −4.8 i −5.1 eV jako ekwiwalenty 0.00 V względem normalnej elektrody wodorowej (NHE). Należy jednak pamiętać, że wszystkie te skale są jedynie przybliżeniem, co należy wziąć pod uwagę przy porównywaniu różnych wyników. Kluczowe jest określenie, jakie parametry przyjęto do obliczeń. W tym przypadku wybrano wartość −5.1 eV, ponieważ powinna ona odpowiadać potencjałowi formalnemu pary redoks ferrocenu; w skali Fermiego wynosi on 0.40 V względem nasyconej elektrody kalomelowej (SCE) w acetonitrylu, co jest zgodne z poprzednim pomiarem.
Opublikowano wiele artykułów dotyczących analizy CV. W niniejszej pracy pokazujemy sytuację, w której proces nie przebiega zgodnie z oczekiwaniami. Analiza opiera się na pochodnej tiofenu: NtVTh (struktura przedstawiona na Rysunku 4), która ulega degradacji podczas utleniania (Rysunek 5).
NtVTh wykazuje dwa potencjały utleniania: pierwszy przy 0,70 V i drugi przy 0,84 V (Rycina 5). Podczas pierwszego cyklu nie obserwuje się piku redukcji, co wskazuje na proces nieodwracalny. Charakterystyka elektrochemiczna NtVTh wykazuje, że polimeryzacja nie zachodzi, a po osiągnięciu pierwszego potencjału utleniania na powierzchni elektrody osadza się elektro-nieaktywna warstwa produktów reakcji, co hamuje proces polimeryzacji. Widoczna jest reakcja kationu rodnikowego w wiązaniu winylowym, w której cząsteczka traci sprzężenie i tworzy dimery na elektrodzie.
Choć wyodrębnienie informacji o nośnikach ładunku z CV jest trudne, możliwe jest rozróżnienie polaronów od bipolaronów przy wsparciu spektrometrem UV-Vis-NIR. Neutralny poly(OiPrThEE) charakteryzował się dwoma szerokimi pasmami przejść absorpcyjnych π|π* z maksimami przy λmax1 = 363 nm i λmax2 = 488 nm, związanymi z formą aromatyczną niedopowanego pochodnego politiofenu. Podczas domieszkowania oksydacyjnego powstają nowe pasma polaronowe i bipolaronowe. Widmo UV-Vis uzyskane podczas utleniania poly(OiPrThEE) wykazało zanikanie pasma absorpcyjnego neutralnego polimeru (300-550 nm) (Rycina 6) wraz z formowaniem się nowego pasma absorpcyjnego (550-950 nm) kationów rodnikowych bitiofenu i p-fenyleniewinylenu z maksimum przy 692 nm. Punkt izobestyczny procesu utleniania znajdował się przy 604 nm. Pasmo bipolaronowe pojawiło się między 950 nm a 1700 nm z maksimum położonym przy 1438 nm.
Spektroskopia EPR jest techniką wykrywającą materiały z niesparowanym elektronem, do których należą rodniki organiczne39. Z widm EPR można wyekstrahować kilka parametrów, jednak jednym z najciekawszych jest oszacowanie lokalizacji rodników. Elektrony, podobnie jak protony, posiadają spin. Umieszczenie elektronu w zewnętrznym polu magnetycznym powoduje rozszczepienie spinu w dwa sposób: równolegle i antyrównolegle do pola magnetycznego, co wyznacza dwa poziomy energetyczne. Zjawisko to jest znane jako efekt Zeemana40,41. W przypadku rodników organicznych niesparowany elektron oddziałuje nie tylko z zewnętrznym polem magnetycznym, ale także z jądrami magnetycznymi (jądrami o niezerowym spinie; I≠0). Liczba zdegenerowanych poziomów energetycznych wynosi 2I + 1, gdzie I jest kwantową liczbą spinową jądra, z którym oddziałuje niesparowany elektron42. Oddziaływanie niesparowanego elektronu z większą liczbą jąder magnetycznych prowadzi do dalszego rozszczepienia poziomów energetycznych i rejestracji struktury hiperprecyzyjnej widm EPR43 (Rycina 7).
W przypadku cząsteczek, w których niesparowany elektron oddziałuje z jeszcze większą liczbą jąder, poszczególne linie spektralne mogą się nakładać, co skutkuje rejestracją pojedynczego, szerokiego sygnału44,45,46 (Rysunek 8). Jest to typowe dla polimerów sprzężonych, w których jon rodnikowy generowany podczas procesu redoks ulega delokalizacji47,48.
Połączenie spektroskopii EPR z metodami elektrochemicznymi umożliwia charakterystykę nośników ładunku (jonów rodnikowych) generowanych podczas procesu redoks, a także określenie mechanizmu tych procesów49,50. Jeśli zarejestrowane zostaną widma o dobrej rozdzielczości (piki są oddzielone, a nie występują w formie jednego szerokiego piku), jak w przypadku redukcji elektrochemicznej pochodnej s-tetrazyny (Ryc. 7), analiza struktury nadsubtelnej widm pozwala na sformułowanie wniosków dotyczących lokalizacji niesparowanego elektronu. Jednym ze sposobów analizy tego rodzaju widm jest przeprowadzenie symulacji za pomocą specjalistycznego oprogramowania i dopasowanie widma symulowanego do eksperymentalnego51. Jest to szczególnie pomocne, gdy struktura nadsubtelna jest złożona ze względu na oddziaływanie niesparowanego elektronu z dużą liczbą protonów. W przypadku pochodnej s-tetrazyny przedstawionej na Ryc. 7, symulacja widm EPR (linia czerwona) wskazuje na oddziaływanie niesparowanego elektronu z czterema atomami azotu w pierścieniu s-tetrazyny.
<img alt="Diagramy woltamperometrii cyklicznej, EPR i spektroelektrochemii UV-Vis-NIR z oznaczeniami elektrod." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 1"> 
Rysunek 1: Ogniwa elektrochemiczne i spektroelektrochemiczne wykorzystywane do pomiarów. Na rysunku przedstawiono schemat budowy ogniw elektrochemicznych/spektroelektrochemicznych stosowanych w pomiarach woltamperometrii cyklicznej, spektroelektrochemii w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni (UV-Vis-NIR) oraz spektroelektrochemii rezonansu paramagnetycznego elektronów (EPR). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig1large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres woltamperometrii cyklicznej przedstawiający COPO1 i dibenzothiophene-S,S-dioxide z ferrocenem w μA vs V." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 2"> 
Rysunek 2: Woltamperometria cykliczna (CV) prawidłowo zmierzonego związku COPO1 (a) oraz CV z niestabilnym potencjałem odniesienia dibenzothiophene-S,S-dioxide z ferrocenem (b)52. Rysunek przedstawia dwa woltamperogramy cykliczne. (a) prezentuje prawidłowo zarejestrowaną CV, a (b) pokazuje woltamperogram zarejestrowany przy użyciu elektrody odniesienia o niestabilnym potencjale. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig2large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres woltamperometrii cyklicznej ilustrujący przerwę energetyczną COPO1 z potencjałami redoks; analiza elektrochemiczna." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 3"> 
Rycina 3: Woltamperometria cykliczna (CV) związku COPO1 w szerokim zakresie potencjałów. Szacowanie potencjałów początku procesu dla obliczeń EA i IP związków COPO152. EA=−2.90 eV i IP = 5.35 eV. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig3large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres widma elektronowego rezonansu spinowego (ESR), przedstawiający analizę intensywności piku i współczynnika g." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 4"> 
Rycina 4. Sześciolinijkowe widmo EPR wzorca manganu. Sygnał paramagnetyczny manganu wykorzystany do kalibracji przesunięcia sygnału. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig4large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres woltamperometrii cyklicznej, potencjał w funkcji natężenia prądu dla molekularnej analizy elektrochemicznej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 5"> 
Rysunek 5: Woltamperometria cykliczna (CV) związku NtVTh. Woltamperogramy cykliczne 15 mM NtVTh w 0,1 M Bu4NBF4/CH3CN w odniesieniu do standardu ferrocenu, przedstawiające proces degradacji zachodzący na elektrodzie roboczej. Szybkość skanowania 0,05 V/s: (a) pomiar wykonany w zakresie od −1,4 V do 0,8 V oraz (b) w zakresie od −1,4 V do 0,9 V. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig5large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres widma absorpcyjnego ze strukturą chemiczną; długość fali względem absorbancji; analiza polimeru." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig6.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 6"> 
Rysunek 6: Spektroelektrochemia w zakresie ultrafioletu, światła widzialnego i bliskiej podczerwieni (UV-Vis-NIR) pochodnej poly(OiPrThEE). Widma UV-Vis-NIR przedstawiające ewolucję pasma absorpcji podczas generowania nośników ładunku w strukturze polimeru. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig6large.jpg" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Struktura chemiczna i wykres widma EPR; analiza danych eksperymentalnych i symulowanych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig7.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rycina 7"> 
Rycina 7: Analiza spektroelektrochemiczna EPR pochodnej tetrazyny. (a) Struktura pochodnej s-tetrazyny; (b) Widma EPR zarejestrowane podczas redukcji elektrochemicznej pochodnej s-tetrazyny (linia czarna – widmo eksperymentalne, linia czerwona – widmo symulowane). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig7large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tej ryciny.</a>
<img alt="Wykres rezonansu spinowego elektronów przedstawiający pole magnetyczne w funkcji natężenia pochodnej. Dane spektroskopowe." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig8.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 8"> 
Rysunek 8: Spektroelektrochemiczny sygnał polaronu EPR polimeru sprzężonego. Widma rezonansu paramagnetycznego elektronów (EPR) zarejestrowane podczas pierwszego etapu utleniania polimeru sprzężonego (widma EPR gatunków polaronowych). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig8large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
<img alt="Wykres woltamperometrii cyklicznej; ferrocen vs ferrocen + decametyloferrocen; potencjał vs prąd." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56656/56656fig9.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="Rysunek 9"> 
Rysunek 9: Woltamperometria cykliczna (CV) ferrocenu i decametyloferrocenu. Porównanie dwóch standardów elektrochemicznych w formie czystej oraz mieszaniny, wykazujące przesunięcie potencjału. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/56656/56656fig9large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>

W tym artykule opisujemy metody elektrochemiczne, elektronowego rezonansu paramagnetycznego oraz ultrafioletowo-widzialnego i bliskiej podczerwieni spektroelektrochemiczne do analizy związków organicznych do zastosowania w elektronice organicznej.

Wykorzystanie woltamperometrii cyklicznej, UV-vis-NIR i spektroelektrochemii EPR do analizy związków organicznych

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

Metody te mogą pomóc w identyfikacji wpływu struktury molekularnej elektroaktywnych cząsteczek organicznych na generacje i dynamikę naładowanych nośników, potencjał pozycji, powinowactwo elektronowe i wartości wykresu wiązań. Metody te są tanim i szybkim sposobem na wyznaczenie najcenniejszych parametrów dla wielu materiałów elektroaktywnych, bez konieczności konstruowania specjalnych urządzeń. Przedstawiona metoda może być wykorzystana do analizy wszystkich typów związków aktywnych elektronowo, takich jak te ze zdelokalizowanymi bielektronami, w tym małe cząsteczki i duże łańcuchy polimerowe.Aby rozpocząć procedurę CV, napełnij czyste ogniwo elektrochemiczne 1,5 mililitra roztworu elektrolitu i przykryj ogniwo uchwytem elektrody z politetrafluoroetylenu. Włóż działające elektrody pomocnicze i referencyjne do nasadki tak, aby elektrody robocza i referencyjna znajdowały się jak najbliżej siebie, bez dotykania się. Upewnij się, że elektrody są zanurzone w elektrolicie.Następnie podłącz elektrody do potencjostatu, uważając, aby złącza się nie stykały. W celu analizy redukcyjnej należy przepuszczać gaz obojętny przez roztwór przez co najmniej pięć minut, aby usunąć rozpuszczony tlen. Następnie podnieś przewód gazu obojętnego powyżej roztworu i pozostaw gaz płynący przez cały eksperyment.Gdy komórka elektrochemiczna jest gotowa, otwórz oprogramowanie potencjostatu i wybierz procedurę CV. Ustaw potencjał początkowy na zero woltów i ustaw górny i dolny potencjał wierzchołkowy na dwa wolty i zero woltów dla analizy utleniania lub na zero woltów i ujemne 2,5 woltów dla analizy redukcji. Ustaw potencjał zatrzymania na zero woltów.A liczba przejazdów na przystankach do sześciu. A szybkość skanowania do 0,05 V na sekundę. Nazwij plik danych i zdobądź woltamogograf.Sprawdź, czy elektrody są czyste, a rozpuszczony tlen został usunięty, jeśli ma to zastosowanie. Następnie dodaj 10 mikrolitrów jednomilimolowego roztworu furacyny do elektrolitu i uzyskaj skan referencyjny. Następnie opróżnij i wyczyść ogniwo i elektrody.Napełnij ogniwo 1,5 mililitra jednomilimolowego roztworu związku, który ma być analizowany w elektrolicie. Ponownie podłącz ogniwo do potencjostatu i w razie potrzeby spryskaj roztwór. Następnie ustaw potencjał rozruchowy na zero woltów.Górny i dolny potencjał wierzchołkowy do 0,5 V i zero V dla utleniania. Lub zero woltów i minus 0,5 wolta w celu redukcji. Potencjał zatrzymania do zera woltów.A liczba przejazdów z przystankiem do 10. A szybkość skanowania do 0,05 V na sekundę. Nazwij plik danych i uzyskaj ten początkowy votammogram.Następnie zwiększ potencjał górnego wierzchołka o 0,1 V w przypadku analizy utleniania lub zmniejsz potencjał dolnego wierzchołka o 0,1 V w przypadku analizy redukcyjnej. I uruchom skanowanie ponownie. Powtarzaj ten proces, aż zaobserwujesz pełny szczyt zainteresowania.Jeśli kolejne skany przesunęły potencjały, wyczyść elektrodę referencyjną, pozwól jej zanurzyć się w roztworze elektrolitu na godzinę. A następnie powtórz pomiar. Po wykonaniu pomiarów utlenienia należy wykonać pomiary redukcji lub odwrotnie.Następnie ustaw potencjał początkowy na zero woltów, górny wierzchołek na jeden wolt, dolny wierzchołek na minus 2,7 wolta, a potencjał zatrzymania na zero woltów. Uruchom skanowanie i dostosuj okno potencjału zgodnie z potrzebami, aby upewnić się, że widoczne są pełne szczyty. Powtórz proces przy różnych szybkościach skanowania i w obecności furacyny.Aby rozpocząć procedurę UV-Vis w bliskiej podczerwieni, napełnij czyste ogniwo spektroelektrochemiczne 0,5 mililitra roztworu elektrolitu. Włóż działające elektrody pomocnicze i referencyjne i umieść zmontowaną komórkę w spektrometrze. Podłącz elektrody do potencjostatu i otwórz oprogramowanie potencjostatu i spektrometru.Wykonaj pomiary absorbancji na każdym detektorze jako ślepej próbie rozpuszczalnika. Następnie odłącz, opróżnij i wyczyść ogniwo. Napełnij go roztworem jednokrotnie 10 do ujemnej piątej molowej związku zawartego w elektrolicie lub samym elektrolitem, jeśli badasz materiał osadzony na elektrodzie roboczej.Bardzo ważne jest, aby prawidłowo ustawić komórkę spektroelektrochemiczną i w sposób jak najbardziej zbliżony do ogniwa spektroelektrochemicznego używanego do rejestracji widma ślepej, tylko to zapewni rejestrację dobrych wyników. Umieść ogniwo w spektrometrze i ponownie podłącz elektrody do potencjostatu. Zastosuj neutralny potencjał do komórki i uzyskaj widmo wyjściowe.Zwiększ potencjał o 0,1 V i poczekaj około 10 sekund, aż proces się ustabilizuje. Następnie zdobądź inne spektrum. Kontynuuj ten proces, aż zaobserwuje się pierwszą zmianę w widmie.A potem zapisz to spektrum. Następnie zwiększ potencjał o 0,05 wolta. Poczekaj 10 sekund.I zdobądź spektrum. Powtarzaj ten proces aż do osiągnięcia pierwszego lub drugiego potencjału utleniania, określonego na podstawie pomiaru CV. Następnie doklej folię, stosując neutralny potencjał.Na koniec porównaj widma filmu przed utlenianiem i po domieszkowaniu. Aby rozpocząć procedurę spektroelektrochemii EPR dla materiałów polimerowych osadzonych na elektrodzie roboczej, należy napełnić ogniwo spektroelektrochemiczne elektrolitem i umieścić je w spektrometrze EPR. Ustaw standard manganu i dostosuj parametry przyrządu tak, aby obejmowały tylko trzecią i czwartą linię manganu.Uzyskaj widmo tła, sprawdź, czy nie ma zanieczyszczeń, a następnie usuń i wyczyść komórkę. Następnie napełnij ogniwo elektrolitem. Umieść elektrody w ogniwie z elektrodą odniesienia i roboczą wewnątrz spirali z drutu elektrody pomocniczej, uważając, aby nie uszkodzić warstwy polimerowej na elektrodzie roboczej.Umieść elektrodę roboczą blisko dolnej części ogniwa, a elektrodę odniesienia w pobliżu górnej części sekcji aktywnej elektrody roboczej. Podłącz elektrody do potencjostatu i umieść ogniwo w instrumencie. Bardzo ważne jest, aby prawidłowo ustawić ogniwo spektroelektrochemiczne i nie niszczyć ostatecznych dodatnich wyników na powierzchni elektrody roboczej.Nieprawidłowe rozmieszczenie elektrod roboczych uniemożliwia rejestrację jakichkolwiek wyników. Zastosuj potencjał neutralny i uzyskaj początkowe spektrum. Następnie zwiększ potencjał o 0,1 wolta, odczekaj 10 sekund, aż próbka się zrównoważy i uzyskaj inne widmo.Powtarzaj ten proces, aż pojawi się sygnał EPR. Następnie zwiększ potencjał o 0,05 wolta, odczekaj 10 sekund i uzyskaj inne widmo. Kontynuuj ten proces, aż zostanie osiągnięty pierwszy lub drugi potencjał utleniania, a następnie odwróć kroki potencjału i wróć do potencjału początkowego w ten sam sposób.Następnie zastosuj potencjał, przy którym pojawił się sygnał EPR. Włącz odniesienie manganu i zapisz widmo, aby uzyskać pomiar z trzecią i czwartą linią widmową manganu. Potencjały początkowe zarówno procesów odwracalnych, jak i nieodwracalnych można oszacować na podstawie obliczeń opartych na przecięciu linii stycznych do pików CV z tłem, dostosowanym do materiału odniesienia.Spektroskopia UV-Vis w bliskiej podczerwieni tej pochodnej politiofenu pokazuje, że neutralne pasmo absorpcyjne polimeru zmniejsza się, a nowe polaronowe i bipolaroniczne pasma absorpcyjne tworzą się podczas domieszkowania oksydacyjnego, z punktem izobestowym na poziomie 604 nanometrów. Nowe pasmo polaroniczne od 550 do 950 nanometrów przypisano rodnikowym kationom biotiofenu i parafenylenu. Nowe pasmo bipolaroniczne zaobserwowano między 950 a 1700 nanometrów.Spektroskopia EPR podczas redukcji tej pochodnej S-tetrazyny wykazała bardzo drobny wzór rozszczepienia, który pasował do symulacji zgodnej z oddziaływaniem niesparowanego elektronu z czterema atomami azotu S-tetrazyny. Pojedynczy szeroki sygnał EPR jest często obserwowany w sprzężonych polimerach, co wskazuje na znaczną delokalizację jonu rodnikowego generowanego przez interesujący nas proces redux. Wykonując analizę redukcji podczas tej procedury, należy upewnić się, że przed pomiarem należy odpowiednio domieszkować roztwór, aby uniknąć zakłóceń ze strony własnego tlenu.Po tej procedurze na podstawie danych można oszacować potencjał jonizacji powinowactwa elektronowego i nasadkę pasmową badanego materiału. Za pomocą tej procedury można określić wpływ struktury chemicznej na badane właściwości dla grupy materiałów.

using-cyclic-voltammetry-uv-vis-nir-epr-spectroelectrochemistry-to

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna (EIS) gatunków, które ulegają odwracalnemu utlenianiu lub redukcji roztworu, została użyta do określenia stałych szybkości utleniania lub redukcji.

Elektrochemiczna spektroskopia impedancyjna jako narzędzie do elektrochemicznej estymacji stałej szybkości

Przedstawiono protokół analizy spektroelektrochemicznej Ramana i IR krok po kroku.

Metody spektroelektrochemiczne Ramana i IR jako narzędzia do analizy sprzężonych związków organicznych

Tutaj prezentujemy metodę obserwacji oddziaływań roztworu między kwasami Lewisa i zasadami, wykorzystując spektroskopię w podczerwieni in situ jako detektor do miareczkowania w syntetycznie istotnych warunkach. Badając interakcje roztworu, metoda ta stanowi uzupełnienie krystalografii rentgenowskiej i stanowi alternatywę dla spektroskopii NMR.

Charakterystyka par Lewisa za pomocą miareczkowania sprzężonego ze spektroskopią w podczerwieni in situ

Ten film przedstawia protokół do analizy spektrometrycznej mas związków lotnych i wrażliwych na utlenianie za pomocą jonizacji uderzeniowej elektronów. Przedstawiona technika jest szczególnie interesująca dla chemików nieorganicznych, pracujących z metalami organicznymi, silanami lub fosfanami, z którymi należy obchodzić się w warunkach obojętnych, takich jak technika Schlenka.

Analiza związków lotnych i wrażliwych na utlenianie przy użyciu systemu zimnego wlotu i spektrometrii mas z uderzeniem elektronów

Przedstawiono prostą i ogólną metodę syntezy cyklicznych peptydów za pomocą promieniowania mikrofalowego. Procedura ta umożliwia syntezę cyklicznych peptydów szkieletowych ze zbiorem różnych konformacji przy zachowaniu łańcuchów bocznych i ugrupowań farmakoforycznych, a tym samym pozwala na badanie przesiewowe pod kątem konformacji bioaktywnej.

Opracowanie szkieletowej biblioteki cyklicznych peptydów jako potencjalnych terapii przeciwpasożytniczych z wykorzystaniem promieniowania mikrofalowego

Ten artykuł opisuje metody znakowania spinów kierowanych przez miejsce i odtwarzania pentamerycznych kanałów bramkowanych ligandem do badań elektronowego rezonansu paramagnetycznego. Protokół ten można dostosować do dowolnego białka błonowego. Opisana tutaj metoda rekonstytucji może być również stosowana do pomiarów patch-clamp prądów makroskopowych i jednokanałowych w zdefiniowanym układzie lipidowym.

Znakowanie spinowe skierowane w miejscu i badania spektroskopowe EPR kanałów jonowych bramkowanych ligandem pentamierycznym

Przedstawiono protokół syntezy i charakterystyki ruchu dyfuzyjnego cyklicznych polimerów na poziomie pojedynczej cząsteczki.

Synteza polimerów cyklicznych i charakterystyka ich ruchu dyfuzyjnego w stanie stopionym na poziomie pojedynczej cząsteczki

Ekstrakcja gazowana to nowa technika laboratoryjna do analizy związków lotnych i półlotnych. Gaz nośny rozpuszcza się w ciekłej próbce poprzez zastosowanie nadciśnienia i wymieszanie próbki. Komora na próbkę jest następnie dekompresowana. Gatunki analitów są uwalniane do fazy gazowej w wyniku musowania.

Ekstrakcja gazowana lotnych związków organicznych w połączeniu z ciśnieniem atmosferycznym Jonizacja chemiczna Kwadrupolowa spektrometria mas

Przedstawiono procedurę syntezy wielościennych nanorurek węglowych szczepionych polistyrenem przy użyciu kolejnych etapów modyfikacji chemicznej w celu selektywnego wprowadzania łańcuchów polimerowych do ścian bocznych i ich samoorganizacji poprzez anizotropową niejednolitość.

Szczepienie wielościennych nanorurek węglowych polistyrenem w celu umożliwienia samoorganizacji i niejednolitości anizotropowej

Tutaj prezentujemy metodę spektroskopowej charakterystyki cząsteczek organicznych za pomocą czasowo-rozdzielczej spektroskopii fotoluminescencyjnej w skali nanosekundowej do milisekundowej w warunkach beztlenowych. Opisano również metody skutecznego usuwania tlenu z próbek, a tym samym ograniczania wygaszania luminescencji.

Czasowo-rozdzielcza charakterystyka fotofizyczna związków organicznych zbierających potrójnie w środowisku beztlenowym przy użyciu kamery iCCD

Poznaj metody woltamperometrii cyklicznej, spektroskopii UV-vis-NIR i spektroelektrochemii EPR do analizy związków organicznych w elektronice organicznej. Techniki te umożliwiają szybką i ekonomiczną ocenę kluczowych parametrów materiałów elektroaktywnych.

Wykorzystanie woltamperometrii cyklicznej, UV-vis-NIR i spektroelektrochemii EPR do analizy związków organicznych

Przeglądaj więcej filmów