A procedure for performing reductive electropolymerization of vinyl-containing compounds onto glassy carbon and fluorine doped tin-oxide coated electrodes is presented. Recommendations on electrochemical cell configurations and troubleshooting procedures are included. Although not explicitly described here, oxidative electropolymerization of pyrrole-containing compounds follows similar procedures to vinyl-based reductive electropolymerization.
Styrbar elektrodeoverflate modifikasjon er viktig i en rekke felt, særlig de med solcelle drivstoff anvendelser. Elektropolymerisering er en overflatemodifisering teknikk som electrodeposits en polymerfilm på overflaten av en elektrode ved å benytte en påført potensiale til å initiere polymerisasjon av substrater i Helmholtz-laget. Dette nyttig teknikk ble første gang etablert en Murray-Meyer samarbeid ved University of North Carolina i Chapel Hill i 1980 og benyttes til å studere en rekke fysiske fenomener av filmer som inneholder uorganiske komplekser som monomerisk underlaget. Her, merker vi en fremgangsmåte for belegging av elektroder med en uorganisk kompleks ved å utføre reduktiv elektropolymerisering av vinyl-holdige poly-pyridyl kompleks på glassaktig karbon og fluor dopet tinnoksyd belagte elektroder. Anbefalinger om elektrokjemisk celle konfigurasjoner og feilsøkingsprosedyrer er inkludert. Selv om det ikke explicitly beskrevet her, oksydativ elektropolymerisering av pyrrol-inneholdende forbindelser følger lignende fremgangsmåter som vinylbasert reduktiv elektropolymerisering, men er langt mindre følsomme for oksygen og vann.
Elektropolymerisering er en polymerisasjonsteknikk som benytter en påtrykt potensial for å initiere polymerisering av monomer-forløperne direkte på overflaten av en elektrode, og er blitt utnyttet for å fremstille tynne elektroaktive og / eller fotokjemisk aktive polypyridyl filmer på elektroden og halvlederoverflater. 1-4 Electrocatalysis, 5-10 elektronoverføring, 11, 12 fotokjemi, 13-16 electrochromism, har 17 og koordineringskjemi 18 blitt undersøkt i elektropolymerisert film. Denne teknikken ble først utviklet ved University of North Carolina i et Meyer-Murray samarbeid for elektropolymerisasjon av vinyl 3, 5, 7, 8, 11-15, 19, 20 og pyrrol 6, 9, 21-24 derivatiseres megtal komplekser på en rekke ledende substrater. Figur 1 viser en rekke felles pvridvl basert ligander som, når koordinert til metallkomplekser, har produsert electropolymers. I reduktiv elektropolymerisering, oppstår elektropolymerisering av vinylholdige forbindelser ved reduksjon av pyridyl ligander konjugert til vinylgrupper, samtidig med pyrrol-funksjonaliserte ligander, er elektropolymerisering initiert ved oksydasjon av pyrrolens deler, noe som resulterer i oksidativt elektropolymerisering (figur 2). Elektropolymerisasjon teknologien ble utviklet med mål om å gi en generell metodikk for direkte feste praktisk talt alle overgangsmetallkompleks til noen elektrode. Allsidigheten av metoden åpner døren til en rekke undersøkelser av electropolymer modifiserte elektroder.
I motsetning til andre feste strategier, som involverer direkte binding til elektroden, elektropolymerisering tilbyr advantage av ikke krever elektrodeoverflaten pre-modifisering. . Derfor kan det brukes til en rekke ledende underlag, uavhengig av overflaten sammensetning eller morfologi 4, 10, 25, er 26 Denne allsidigheten et resultat av endrede fysiske egenskaper som polymer lengde vokser; monomerene er løselige i den elektrolytiske løsningen, men som polymerisasjon oppstår og tverrbinding avstiver film, utfelling og fysisk adsorpsjon elektrodeoverflaten skjer (figur 3). 27
Sammenlignet med oksid overflate-bundet karboksylat-, som er ustabile på oksid flater i vann, eller fosfonatgrupper-avledede komplekser, som er ustabile ved høye pH-verdier, som vanligvis brukes i solcelle brensel forskning, disse grense elektrode-polymer film strukturer har den ekstra fordelen av stabilitet i en rekke medier, inkludert organiske løsemidler og vann over et stort pH-område (0-14).28-30 elektropolymerisasjon kan også sette inn filmer med store områder av tilsynelatende overflate coverage, fra sub-monolayer til dusinvis eller hundrevis av ekvivalenter enkeltlag, mens karboksylatsalter eller fosfonatgrupper-avledede komplekser-grensesnitt strukturer er begrenset til monolayer overflate dekning.
Selv om hvilket som helst antall vinyl- eller pyrrol inneholder pyridyl og polypyridyl forbindelser er i stand til polymerisasjon, [Ru II (PhTpy) (5,5'-dvbpy) (MeCN)] (PF6) 2, (1; PhTpy er 4'-fenyl- -2,2 ': 6', 2 '' – terpyridine; 5,5'-dvbpy er 5,5'-divinyl-2,2'-bipyridin; figur 4) vil bli benyttet som en modell komplisert å demonstrere reduktiv elektropolymerisering på glassaktig karbon og fluor-dopet tinnoksid, FTO, elektroder i denne rapporten. 1 er et eksempel på en moderne electropolymer forløper som har potensielle anvendelser elektrokatalytiske og, på grunn av sin metall-mot-ligand ladningsoverføring, MLCT, absorpsjonsspekteret liggende i den synlige delen av lysspekteret, kan undersøkes med UV-Vis-spektroskopi. 18, 30 Vær oppmerksom på at enkelte resultatene som presenteres her for en allerede har blitt publisert i en litt modifisert form. 18
Elektropolymerisasjon tilbyr et stort utvalg av kontrollerbare variabler som ikke er vanlig for andre teknikker. I tillegg til standard reaksjonsvariable som reagens (monomer) konsentrasjon, temperatur, oppløsningsmiddel, etc., kan elektropolymerisering tillegg bli styrt av elektrokjemiske parametere for eksperimentet som er felles for elektrokjemiske metoder. CV skannefrekvenser, bytte potensialer, og antall sykluser påvirke deponering av electropolymers. For eksempel, så er også overflatedekning som antal…
The authors have nothing to disclose.
Vi erkjenner Virginia Military Institute (VMI) Institutt for kjemi for støtte av elektrokjemiske eksperimenter og instrumentering (LSC og JTH). VMI kontor dekan fakultet støttet produksjons avgifter knyttet til Jove publikasjoner. Vi erkjenner UNC EFRC: Center for Solar Fuels, en Energy Frontier Research Center finansiert av US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energy Sciences i henhold Award Number DE-SC0001011, for støtte av sammensatte syntese og materialer karakteristikk (DPH ).
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number |
Tetrabutylammonium hexafluorophosphate for electrochemical analysis, ≥99.0%, | Sigma-Aldrich | 86879-25G |
Acetonitrile (Optima LC/MS), Fisher Chemical | Fisher Scientific | A955-4 |
3 mm dia. Glassy Carbon Working Electrode | CH Instruments | CH104 |
Non-Aqueous Ag/Ag+ Reference Electrode w/ porous Teflon Tip | CH Instruments | CHI112 |
Platinum gauze | Alfa Aesar | AA10282FF |
Electrode Polishing Kit | CH Instruments | CHI120 |
Cole-Parmer KAPTON TAPE 1/2IN X 36 YD | Fisher Scientific | NC0099200 |
Fisherbrand Polypropylene Tubing 4-Way Connectors | Fisher Scientific | 15-315-32B |
500mL Bottle, Gas Washing, Tall Form, Coarse Frit | Chemglass | CG-1114-15 |
3 compartment H-Cell for electrochemistry | Custom made H-cell with 3 compartments |