Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Met behulp van cyclische voltammetrie, UV-Vis-NIR en EPR Spectroelectrochemistry voor het analyseren van organische verbindingen

Published: October 18, 2018 doi: 10.3791/56656
Automatic Translation
1, 1, 1,2,3
1Faculty of Chemistry, Department of Physical Chemistry and Technology of Polymers, Silesian University of Technology, 2Department of Physics, Durham University, 3Center of Polymer and Carbon Materials of the Polish Academy of Sciences

Summary

In dit artikel beschrijven we elektrochemische, elektron paramagnetisch resonantie en ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood spectroelectrochemical methoden voor het analyseren van organische verbindingen voor toepassing in organische elektronica.

Abstract

Cyclische voltammetrie (CV) is een techniek die is gebruikt bij de analyse van organische stoffen. Wanneer deze techniek wordt gecombineerd met elektron paramagnetisch resonantie (EPR) of ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroscopies, krijgen we nuttige informatie zoals elektronenaffiniteit, ionisatie potentieel, band-gap energieën, het soort gratis vervoerders, en aantasting van informatie die kan worden gebruikt voor het synthetiseren van stabiele organische elektronische apparaten. In dit onderzoek presenteren wij elektrochemische en spectroelectrochemical methoden voor het analyseren van de processen die zich voordoen in de actieve lagen van een organische apparaat, alsmede de gegenereerde gratis vervoerders.

Introduction

Wereldwijd, onderzoekers zijn voortdurend op zoek naar nieuwe biologische materialen die kunnen worden gebruikt in organische elektronica met wenselijk prestaties of stabiliteit, die als gevolg van langdurig gebruik daalt. In het geval van organische apparaten is het belangrijk om te begrijpen van het gedrag van de vervoerder van de lading volledig regels te kennen de besturen van het gedrag van het apparaat. Analyse van het effect van de moleculaire structuur op de generatie van de vervoerder van de lading en de dynamiek en behoud van het evenwicht van de geïnjecteerde lading dragers, zowel positieve (gaten) en negatieve (elektronen), is cruciaal voor de efficiëntie en stabiliteit verbeteren van de biologische apparaten. Dit zorgt voor de effectieve recombinatie van deze individuele heffingen en daarom aanzienlijk verbetert de efficiency van de fotoluminescentie van de organische lichtemitterende diodes (OLED)1,2. Voor organische fotovoltaïsche zonne-energie (OPVs)3,4 , alsmede organische veld effect transistors (OFETs)5,6is het noodzakelijk dat materialen met hoge kosten vervoerder mobiliteit. Naast de analyse van lading dragers, verschillende belangrijke parameters van organische electroactive materialen helpen bij het voorspellen van waar het materiaal kan worden gebruikt: ionisatie potentieel (IP), elektron affiniteit (EA) energieniveaus en band-gap tussen hen7 ,8,9,10.

In dit werk presenteren we een methode voor het efficiënt meten van cyclische voltammetrie (CV) die kan worden gebruikt bij de analyse van alle soorten electroactive materialen. Deze techniek biedt informatie over redox eigenschappen, het mechanisme van doping/dedoping, de stabiliteit, de conversie en opslag van energie, enz. Het staat ook voor de schatting van de elektron affiniteit en ionisatie energie van de test-verbindingen in een veel goedkopere en snellere manier in vergelijking met andere hoog vacuüm methoden. De bovengenoemde parameters correleren met de energieniveaus van hoogste bezette moleculaire orbitaal (HOMO) en laagste unoccupied molecular orbital (LUMO).

De methode die in dit artikel kan worden gebruikt voor het analyseren van alle soorten geconjugeerd verbindingen zoals die met gedelokaliseerd π-elektronen in hun structuren. Geconjugeerd verbindingen mogelijk kleine moleculen met grote polymeer ketens. Kleine moleculen kunnen ook monomeren; tijdens de eerste reactie kunnen (fotochemische, elektrochemische of chemische) monomeren polymeren vormen. In OLED toepassing zijn het energieniveau waarden nodig om het gebruik van de juiste host voor de emitter in een thermisch geactiveerd vertraagd fluorescentie (TADF) gastheer van de gast systeem of om te bepalen waarmee verbindingen de exciplex donor-acceptor laag zou gevormd en wat extra lagen (elektronen vervoeren laag (ETL), gat vervoeren laag (HTL), elektron blokkerende laag (EBL) en gat blokkerende laag (HBL)) zal men moeten synthetiseren testing efficiënt betalen balanced OLED apparaten11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. aanvullende Electrochemische metingen laten het onderzoek van mogelijke kant reacties tijdens het proces van afbraak van de actieve laag en de vorming van lage mobile opladen dragers (bipolarons)18,19 ,20,21,22.

Koppeling elektrochemische en spectroelectrochemical methoden zorgt voor gemakkelijk, nauwkeurig en betrouwbare bepaling van de mate van oxidatie of reductie van geconjugeerd verbindingen en hun afbraak potentiële, die is van cruciaal belang voor de stabiliteit23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroscopie in combinatie met elektrochemie kan karakteriseren de fundamentele chromatische eigenschappen van alle nieuwe geconjugeerd verbindingen, zoals het wijzigen van de absorptie band tijdens de doping 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.

In een studie aan de doping mechanisme gerelateerde, is het belangrijk om te bepalen welk type lading dragers. In dit proces, twee klassen van geladen quasiparticles deelnemen, een met de niet-gecompenseerde spin (polarons) en de tweede wordt diamagnetisch (bipolarons); elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectroscopie biedt onschatbare hulp, die direct kan men waarnemen en bijgehouden wijzigingen in populaties van paramagnetisch polarons29,30,31,32 . In kleine molecules, is het moeilijk om de vorm bipolarons, maar deze moleculen kunnen vrij worden vervoegd en bipolaron-inducerende eigenschappen; het is belangrijk om te controleren of en waarop mogelijke polarons en bipolarons worden gevormd in de structuur. Bipolarons zijn minstens één order lager in mobiliteit dan die van polarons; Daarom, als bipolarons worden gevormd in werkende apparaten, dan kan het leiden tot een onevenwichtige verhouding van de vervoerders van de lading, die zou leiden tot hoge stroom en oververhitting van de OLED apparaat of misschien wel de centra van afbraak33.

De methode van meting voorgesteld in deze studie is goedkoop en sneller en zorgt voor de bepaling van de meest waardevolle operationele parameters voor een groot aantal electroactive materiaal zonder de behoefte aan speciale apparatuur die zijn gebaseerd op nieuw gesynthetiseerd materialen om te controleren van de prestaties. Door toepassing van de elektrochemie en spectroelectrochemistry, is het mogelijk om te selecteren van een materiaal dat is echt veelbelovend uit honderden nieuwe materialen. Daarnaast is het mogelijk om gedetailleerde informatie betreffende de processen van doping en hun effecten op de chemische structuur van de test geconjugeerde systemen met behulp van elektrochemische en spectroelectrochemical methoden, die het mogelijk maakt de bouw van meer efficiënte biologische elektronikaapparaten.

Protocol

1. voorbereiding van het Experiment

  1. 25 mL 0,1 M elektrolyt oplossing voor te bereiden.
    Opmerking: Afhankelijk van de verbindingen onderzochte, gebruiken verschillende elektrolyten als het mengsel van organische zout en oplosmiddel: de meest common zouten gebruikt bij de analyse van organische moleculen zijn tetrabutylammoniumwaterstofsulfaat hexafluorfosfaat (Bu4NPF6 ) of tetrabutylammoniumwaterstofsulfaat Zilvertetrafluorboraat (Bu4NBF4); de meest voorkomende oplosmiddel gebruikt in de analyse zijn dichloormethaan, tetrahydrofuraan of acetonitril.
    1. Kies het elektrolyt oplosmiddel op basis van de oplosbaarheid van de verbindingen van de test. Het moet een oplossing worden tijdens onderzoek maar worden in een vaste toestand wanneer het materiaal wordt gebruikt bij het maken van het apparaat, als een dunne film gestort op het plateau van de elektrode.
  2. Reinig de elektroden in de experiment29moet worden gebruikt.
    1. Voor elektrochemische metingen, een elektrode 1 mm diameter platina schijf als de werkende elektrode (WE), platina spoel of draad als de ondersteunende elektrode (AE) en een zilver/zilverchloride (Ag/AgCl) elektrode gebruiken als de referentie-elektrode (RE).
    2. Voor EPR spectroelectrochemical metingen, platina draad als de WE, platina spoel of draad als AE, en gebruiken Ag/AgCl als de RE.
    3. Voor UV-Vis-NIR spectroelectrochemical metingen, een kwarts indium tin oxide (ITO) of fluor-doped tin oxide (FTT) gebruiken als de WE, een platina draad als de AE, en een Ag/AgCl-elektrode als de RE.
    4. Pools de schijf van de platina-elektrode door het wrijven van de keerzijde van de elektrode (de platina-elektrode werkgebied) op een Polijst pad bedekt met 1 µm aluminiumoxide drijfmest gedurende 3 minuten.
      1. Spoel de elektrode met gedeïoniseerd water verwijdert u alle van de slurries uit de elektrode te reinigen in een ultrasoonbad (320 W, 37 kHz) met gedeïoniseerd water gedurende 15 minuten.
      2. Spoel de elektrode met behulp van een injectiespuit 1 mL met isopropanol (3 x 1 mL) en dan met aceton (3 x 1 mL).
      3. Gebruik een papieren handdoek te verwijderen van alle vaste afvallen en drogen in de lucht gedurende 3 minuten.
    5. Reinig de ITO en FTO elektroden met gedeïoniseerd water. Plaats ze in een ultrasoonbad (320 W, 37 kHz) in aceton gedurende 15 minuten en vervolgens in isopropanol en voor de volgende 15 min.
    6. Branden van de platina-elektroden, draden en spoelen met behulp van een hoge-temperatuur gas fakkel (> 1000 ° C) voor 1 min. Wees voorzichtig! Gebruik pincet te houden van de elektroden. Wacht 5 minuten na het branden en voordat u de elektroden.
  3. De elektrochemische en spectroelectrochemical cellen (Figuur 1) schoon met water en dan met aceton. Gebruik een papieren handdoek te verwijderen van de vaste afvallen. Alle andere elementen (ca. PTFE delen) met aceton schoon en droog in de lucht vóór gebruik.

2. CV analyse

  1. Zet de potentiostaat en de computer.
  2. Vul een elektrochemische cel met 1,5 mL van de oplossing van de elektrolyt te analyseren.
  3. Zet alle de drie elektroden (WE, AE, en RE) in een cel (de cel GLB is uitgerust met de PTFE elektrode-houder, dus zet elektroden door de gaatjes in deze houder) en sluit hem aan op een potentiostaat. Houd de WE en RE als dicht bij elkaar mogelijk (Figuur 1). Volg de informatie met betrekking tot de aansluiting van elke draad van de potentiostaat naar de respectieve elektrode.
  4. Indien nodig (bijvoorbeeld tijdens de vermindering van de analyse), zet de argon (of stikstof) pijp (door een extra gat in de elektrode-houder) en start de oplossing voor ten minste 5 min. borrelen. Na dit, verplaatsen de argon (of stikstof) pijp boven het niveau van de oplossing en houden de gasstroom uitgevoerd voor de meting.
    Opmerking: De cel ziet er gesloten maar mag niet volledig lekvrije; daarom een methode om te verwijderen van de overtollige hoeveelheid gas uit de cel moet beschikbaar zijn (bv., door een extra klein gaatje in de elektrode-houder). De druk hangt af van de pijp gebruikt; de druk op hoog ingesteld, zoals het is vereist voor het instellen van de langzame gasstroom. Als een zeer vluchtig oplosmiddel wordt gebruikt in het experiment (bijvoorbeeld dichloormethaan) of het experiment is het nemen van een lange tijd (meer dan 30 min), dan kunt de Drechselfles argon (of stikstof) gas te verzadigen met het oplosmiddel gebruikt in de meting.
  5. Stormloop naar de potentiostaat-software, moet u de CV-procedure kiezen en gebruik de volgende instellingen: beginnen met potentieel van 0,00 V, bovenste hoekpunt potentieel van 2.0 V, lagere hoekpunt potentieel van 0,00 V (als onderzoekt het proces van vermindering, dan een lager potentieel van het hoekpunt van de −2.5 V), potentieel van 0,00 V, nummer bij stop overschrijden van 6 stoppen, en scan rate van 0,05 V/s.
    1. In de sectie exporteren ASCII-gegevensdefiniëren van een bestandsnaam bijvoorbeeld een doelmap voor het opslaan van de gegevens in en druk op de knop START (vergroten of verkleinen de mogelijkheden van de boven- en ondergrenzen hoekpunt aan de elektrochemische venster of het monster elektrochemische activiteit)
  6. Als alle pieken zichtbaar in het positieve bereik van potentieel zijn, herhaal dan de schoonmaak procedure. Als er een piek in de negatieve reeks potentiële, dan zet de argon (of stikstof) pijp in de oplossing en begin doorgeven voor een extra 5 min.
  7. Een daling van 1 mM ferroceen (in het oplosmiddel gebruikt voor het bereiden van de elektrolyt) aan de elektrolyt oplossing toevoegen met behulp van een injectiespuit.
  8. Stel de start potentieel 0,00 V, het bovenste hoekpunt potentiële naar 0,85 V, het onderste hoekpunt potentiële 0,00 V, het potentieel van de stop 0,00 V, het aantal stop kruising tot en met 10, en de scan rate tot 0,05 V/s. In de sectie gegevens exporteren ASCII, wijzig de bestandsnaam en druk op de knop START .
  9. Na de meting, finish door te herhalen de reiniging procedures zoals vermeld in stap 1.2 en 1.3.
  10. 4 mL 1 mM teststof in de bereid elektrolyt (stap 1.1) voor te bereiden.
  11. De elektrochemische cel vullen met de samengestelde meetoplossing (1,5 mL); alle drie elektroden plaatst in een cel en maak verbinding met de potentiostaat (stap 2.4). Om te onderzoeken het proces van vermindering, verwijder de zuurstof (stap 2.5).
  12. Instellen van het begin potentiële 0,00 V, het bovenste hoekpunt potentiële 0,50 V (of V 0,00 in geval van onderzoek naar reductie proces), het onderste hoekpunt potentiële 0,00 V (−0.50 V in geval van onderzoek naar reductie proces), het potentieel van de stop 0,00 V , het aantal stop kruising tot en met 10, en de scan rate tot 0.05 V. In de sectie gegevens exporteren ASCII, wijzig de bestandsnaam en druk op de knop START .
  13. Herhaal stap 2.13 doordat de bovenste hoekpunt potentieel (of door het verlagen van het onderste hoekpunt potentieel) met 0,1 V totdat piek registratie (Figuur 2a). Als de opeenvolgende scan is verschoven in potentieel (Figuur 2b), vervolgens de RE schoon en laat het in de elektrolyt oplossing. Herhaal de meting.
  14. Meten van zowel de oxidatie als de reductie processen op de dezelfde CV voor de bepaling van IP- en EA: Stel het begin potentieel 0,00 V, het potentieel van de bovenste hoekpunt tot 1,00 V, het onderste hoekpunt potentieel te −2.70 V en het potentieel van de stop 0,00 V. Kies de bovenste en onderste vert ex potentieel op een manier die registreert volledige vermindering en oxidatie pieken en vermijdt verdere redox stappen (als om het even welk bestaat) (Figuur 2a).
    Opmerking: Schatten IP en EA door het meten van het potentiële begin. Er zijn een aantal manieren voor het berekenen van deze parameters uit CV maar het nuttigst is te berekenen met behulp van het potentiële begin. Soms is het niet mogelijk om te observeren omkeerbare redox paar, met name voor zowel n en p doping. Vermenging van twee verschillende technieken is ook ongewenst, zoals het voorschrijven verkeerde resultaten en conclusies.
    1. Voor het meten van het potentiële begin, markeren de raaklijn aan de CV piek (Figuur 3). Berekenen van de gewenste waarden van het potentieel van de begin van de vermindering of oxidatieproces met behulp van de vergelijkingen (vergelijkingen 1 en 2)10,18,19,36,,37 , 38.
      Equation 1(1)
      waar Equation 2 is het begin van de oxidatie potentiële gekalibreerd met ferroceen*
      Equation 3(2)
      waar Equation 4 is het begin van het reductiepotentieel gekalibreerd met ferroceen*
      * Potentieel gekalibreerd met ferroceen betekent dat de waarde van het potentieel van de meting wordt verminderd door het potentieel van de oxidatie van ferroceen.
  15. Trek de elektroden en de blanco-oplossing in de juiste afvalcontainer uitstorten.
  16. Herhaal de schoonmaak procedure (stap 1.2 en 1.3).
  17. Herhaal stap 2.9-2.12 met 0,25, 0,10 en 0,20 V/s scan tarieven.
  18. Een druppel van 1 mM ferroceen (in het oplosmiddel gebruikt voor het bereiden van de elektrolyt oplossing) toevoegen aan de meetoplossing met behulp van een injectiespuit. Stel de start potentieel 0,00 V, het bovenste hoekpunt potentiële tot 0.60 V, het onderste hoekpunt potentieel 0,00, het potentieel van de stop 0,00 V, het aantal stop kruising 6, en de scan rate tot 0.05 V. Druk op de knop START . Na de meting is voltooid, wijzigt u het bovenste hoekpunt potentiële in een waarde die het paar ferroceen bij het eerste hoogtepunt van oxidatie van de teststof registreert.
  19. Trek de elektroden en de blanco-oplossing in de juiste afvalcontainer uitstorten.
  20. Als de electropolymerization tijdens de elektrochemische oxidatie optreedt, de WE zorgvuldig wassen met de elektrolyt oplossing met behulp van de spuit (3 ´ 0,5 mL). Reinig de RE, AE en elektrochemische cel met behulp van de standaard procedure (stap 1.2-1.3).
  21. Om te onderzoeken elektrochemische producten afgezet op wij, gaat u verder met stap 2.23. Om te onderzoeken een oplossing, gaat u verder met stap 1.2.1 en opnieuw te beginnen vanaf stap 2.3.
  22. Vul de elektrochemische cel met een elektrolyt oplossing. Vervolgens plaatst alle de drie elektroden in een cel en sluit ze aan op een potentiostaat (stap 2.4). De vermindering om proces te onderzoeken, deoxidate de oplossing (stap 2.5).
  23. Herhaal stap 2.10-2.12 en dan stap 2.16.

3. UV-Vis-NIR Spectroelectrochemical analyse

  1. Voorbereiding van de meting
    1. Zet de spectrometer en potentiostaat.
    2. Vul de spectroelectrochemical cel met 0,5 mL van elektrolyt oplossing (stap 1.1).
    3. PTFE Raadsovereenkomst aan de ene kant van de cel; zet dan de ITO-elektrode naar de cel op deze manier hebben een geleidende kant van de elektrode aanraken van de PTFE-zegel. Zet de rest van de PTFE-onderdelen zoals afgebeeld in Figuur 1. Doe de RE en de AE via de PTFE elektrode-houder en betrekking hebben op de bovenzijde van de ITO-elektrode met Bladkoper zoals afgebeeld in Figuur 1 voor betere geleiding.
      1. Zet de geassembleerde cel in de houder van de spectrometer en alle de elektroden aansluit op een potentiostaat. Volg de informatie met betrekking tot de aansluiting van elke draad van de potentiostaat naar de respectieve elektrode.
    4. Voer de software voor potentiostaat en spectrometer.
    5. Kies in de software van de spectrometer, bestand | Nieuw | Absorptie meting.
    6. Kies een van de genoemde detectoren.
    7. Zorg ervoor dat de knop op de detectoren in de "open" positie is. Klik vervolgens op de gloeiende gloeilamp; Sluit de detector (zet de knop naar de gesloten positie) en klik vervolgens op de donkere gloeilamp.
    8. Selecteer de tweede detector en herhaal stap 3.1.7.
    9. Opnieuw aansluiten van de elektroden van de potentiostaat en trek de elektroden en andere elementen van de spectroelectrochemical-cel.
    10. Herhaal reiniging procedures (stap 1.2 en 1.3).
    11. Vul de spectroelectrochemical cel met een verdunde (1´10−5 M) oplossing van de teststof in de elektrolyt oplossing als het kleine molecuul wilt testen. Vul de spectroelectrochemical-cel met de elektrolyt als testen de polymere (oligomere) laag gestort op de ITO-elektrode.
    12. Monteer de spectroelectrochemical cel (stap 3.1.3).
    13. Klik op Opslaan.
    14. Selecteer een van de genoemde detectoren.
    15. Definiëren van het opslaan de locatie en naam van het bestand (inclusief de geselecteerde detector).
    16. Selecteer de tweede detector en herhaal stap 3.1.15.
  2. Potentiostatic analyse18.
    1. Een neutrale potentieel (dat wil zeggen, 0,00 V) van toepassing. Dit spectrum zullen de startende spectra. Potentieel verhogen met 0,1 V en wacht ca. 10 s totdat het proces stabiliseert en absorptiespectra (stappen 3.1.13–3.1.16 registreert). Blijven de meting op de eerste verandering in UV-Vis-NIR spectra; wacht 10 s en vervolgens opslaan de spectra (stappen 3.1.13–3.1.16).
    2. Potentieel verhogen door 0.05 V; wachten voor 10 s en opslaan (stappen 3.1.13–3.1.16).
    3. 3.2.2 herhalen tot de verwezenlijking van het potentieel van het eerste of tweede oxidatie potentieel (deze mogelijkheden zijn bekend uit de CV-meting); vervolgens keren het potentieel en ga terug naar het begin potentieel.
  3. Wanneer de metingen zijn voltooid, meten de CV van de meetoplossing ligt. Voeg 1 mM ferroceen (10 μL) en het CV weer meten. De waarde van ferroceen zal helpen schatten van het potentieel van het proces en het verenigen van de gegevens.
  4. Deze analyse geeft informatie over de optische band-gap, de golflengte van de maximale ongedoopt en gedoopt Staten, en isosbestic punten van het elektrochemisch proces. Bereken de optische band-hiaten uit begin waarden van π-π* bands op de UV-Vis-spectra en met behulp van vergelijking 318,19,23,24.
    Equation 5(3)
    waar h is de constante van Planck, λbegin is samengestelde absorptie begin, en c de lichtsnelheid in vacuüm is.
  5. Time-Resolved Potentistatic analyse19,32,33
    1. Bereiden de meting lijkt op de methode die wordt beschreven in 3.1.1–3.1.16 en zet de argon (of stikstof) pijp (door een extra gat in de elektrode-houder) en borrelen de oplossing ten minste 5 minuten vóór de meting. Na dit, verplaatsen de argon-pijp boven het niveau van de oplossing en houden de gasstroom uitgevoerd voor de meting.
    2. De potentiostaat-software uitvoert, moet u de procedure van de chronoamperometry met de volgende instellingen kiezen: potentieel start potentieel 0,00 V bovenste potentieel aan 1.0 V, lagere potentieel te −1.00 V, duur als 5 s, intervaltijd als 0.010 s, aantal herhalingen tot 10, en vertraging tijd tot en met 10 s. In de sectie exporteren ASCII-gegevensdefiniëren een bestandsnaam en bijvoorbeeld een doelmap voor het opslaan van de gegevens.
    3. Kies in de software van de spectrometer, bestand | Nieuw | Snelle overname. Een nieuw venster zal verschijnen; de volgende parameters instellen: integratie tijd — 10 ms, Scans gemiddelde — 1, Boxcar Wirth — 0, het nummer van de Scans — 10000. Klik niet op de knop Ga naar .
    4. In de potentiostaat-software, druk op de knop START . Wanneer de countdown zakt naar 1 s, druk op de knop Ga naar in de spectrometer-software.
    5. Merk op dat er geen mogelijke absorptie om resultaten te zien totdat het proces is voltooid.
    6. Het analyseren van de gegevens om parameters. Gebruik de informatie in het bestand opgeslagen dergelijke doorlating, stroom, spanning en stroomdichtheid om werkende parameters:
      1. Bereken de optische dichtheid (ΔOD), de extinctie van de teststof tijdens de doping (dedoping) met de vergelijking 4:
        Equation 6(4)
        waar is Tb doorlating gedoopt vorm, een "bleekmiddel" staat [%] en Tc doorlating in ongedoopt vorm, een "gekleurd" staat [%].
      2. Berekenen van kleuring efficiëntie (CE, η), de hoeveelheid electrochromic kleur gevormd door het gebruikte bedrag kosteloos en als de verbinding tussen de heffing geïnjecteerd/uitgeworpen als functie van de elektrode gebied (Qd) en de verandering in de optische dichtheid (ΔOD) waarde bij een specifieke golflengte (λmax) met vergelijking 5. De waarde is afhankelijk van de gekozen voor studie, zodat de waarde wordt gemeten bij λmax van de band van de optische absorptie van de gekleurde staat golflengte.
        Equation 7(5)
        waar ΔOD is de optische dichtheid [-] en Qd is de ladingsdichtheid [C/cm2].
      3. Berekenen van de Contrast Ratio (CR), de gemeten intensiteit van kleur te veranderen tijdens de elektrochemische doping en meestal gekenmerkt door λmax van de gekleurde vorm met vergelijking 6:
        Equation 8(6)
        waar is Tb doorlating gedoopt formulier, "bleken" staat [%] en Tc doorlating in ongedoopt vorm, "gekleurde" staat [%].

4. EPR Spectroelectrochemical analyse

  1. Voorbereiding van de meting
    1. Zet de spectrometer en de potentiostaat.
    2. Vul de spectroelectrochemical-cel met de elektrolyt (stap 1.1).
    3. Set de macht tot 1 mW en tune de resonator om een scherpe, gecentreerd signaal in Q-dip (gebruik de autotuned optie).
    4. De markering van Mn (mangaan standaard) ingesteld op 600 en sluit het venster van de Q-dip. Als er geen Mn marker, dan deze stap overslaan en gaat u naar stap 4.8.
    5. "Vegen breedte ±" ingesteld op 2.5´ 10 mT, "mod breedte ±" 1.0´0.1 mT, de "amplitude" naar 5´100 "tijdconstante" 0.03 s, en "veld" waarde aan ca. 338 mT en start de meting.
    6. Als u zes spectraallijnen van Mn markering niet registreert, wijzigt u de waarde "center".
    7. Bij de registratie van zes spectraallijnen van Mn marker (Figuur 4), de waarde "center van veld" tussen de derde en vierde regel instellen en de waarde van "sweep breedte ±" dalen tot een waarde die alleen deze twee lijnen dekt. Start de meting weer.
    8. Ga in de optie van de Q-Dip, de Mn markering ingesteld op 0, en sluit het venster van de Q-dip.
    9. De zuivere elektrolyt als achtergrond voor het meten en controleren of er geen signalen. Als de signalen zichtbaar zijn, is het signaal mogelijk van de besmetting, lage oxidatie potentiële verbindingen, of aan het glas.
    10. Reinig de spectroelectrochemical cel (stap 1.3).
  2. Onderzoek van kleine moleculen (oplossingen).
    1. Vul de spectroelectrochemical cel met een verdunde (1´10−5 M) oplossing van de teststof in de elektrolyt; alle drie elektroden doorverbonden met de houder van de elektrode naar de cel op deze manier zodat de WE en RE zijn binnen de spiraal AE (Figuur 1).
      1. Zet de WE dicht bij de bodem van de cel en de RE aan de bovenzijde van de actieve (metaal niet vallende PTFE) deel van de WE (Figuur 1). Plaats van de cel die is uitgerust met een elektrode binnen in de holte van de steekproef van de spectrometer en elektroden aansluit met een potentiostaat (volg de informatie met betrekking tot de aansluiting van elke draad van de potentiostaat aan de respectieve elektrode).
    2. Toepassing van het potentieel dat overeenkomt met het begin van de eerste redox piek (bekend van de meting van de CV waarde). Als een signaal wordt weergegeven, is vervolgens de apparatuur correct ingesteld.
    3. Ga in de optie van de Q-Dip, de Mn markering ingesteld op 600, de Q-dip-venster te sluiten en start de meting. De registratie van signaal met het signaal van Mn markering kunt berekening van de g-factor van het ontvangen signaal.
    4. Ga in de optie van de Q-Dip, de Mn markering ingesteld op 0, sluit het venster van de Q-dip en wacht ca. 5 min.
    5. Instellen van de waarde "center" in het midden van het signaal, de waarde van "sweep breedte ±" dalen tot een waarde die het signaal dekt, maar niet afgesneden is van het begin en einde van het signaal (als "vegen breedte ±" wordt gewijzigd, selectievakje hele signaal), en de daling van de waarde van "m od breedte ± "om goed opgelost spectra.
    6. Als het signaal klein is, dan verhogen de waarde van de "amplitude" en "tijd" (acquisitie) van de meting.
    7. Om te verminderen de signaal / ruisverhouding, stelt u de overname op 4, 9 of 16 afhankelijk van hoe luidruchtig het signaal is. Als het signaal zeer luidruchtig is, selecteert u 16.
  3. Onderzoeken van de polymeer laag gestort op het oppervlak van het WE.
    1. Vul de spectroelectrochemical cel met een elektrolyt oplossing (stap 1.1).
    2. Elektroden in de cel gebracht. Wees voorzichtig niet te vernietigen de polymere laag op het WE. Sluit de elektrode met de potentiostaat (stap 4.2.1).
    3. Toepassen van neutrale potentieel (dat wil zeggen 0,00 V) om ervoor te zorgen dat de stof in een neutrale staat; Dit spectrum zullen de startende EPR-spectra.
    4. Potentieel verhogen door 0,10 V. wacht ca. 10 s totdat het proces stabiliseert en neem de EPR-spectra.
    5. Herhaal stap 4.3.4 wanneer het EPR-signaal wordt weergegeven.
    6. Het potentieel verhogen door 0,05 V. wacht ca. 10 s totdat het proces stabiliseert en neem de EPR-spectra.
    7. Herhaal stap 4.3.6 totdat de eerste of tweede oxidatie potentieel wordt bereikt en zo verder (waarden van deze mogelijkheden zijn bekend uit CV meting); vervolgens keren het potentieel en ga terug naar potentiële beginnen.
    8. Toepassing van het potentieel waartegen de EPR signaal verscheen in de vorige cyclus (4.3.5), gaat u in de optie van de Q-Dip, de Mn markering ingesteld op 600, sluit het venster van de Q-dip en start de meting. Registreer het signaal met de derde en vierde regel van de spectrale van Mn marker (4.1.7).
  4. Wanneer de meting is voltooid, moet u de gegevens analyseren.
  5. Sommige van de analyse, zoals een aantal draaiingen kan alleen worden uitgevoerd voor de verbindingen (onoplosbare polymeren) gestort op het WE. Voor het berekenen van het aantal draaiingen, dubbel-integreren het EPR-signaal, gevolgd door een vergelijking van de verkregen waarde met gekalibreerde Mn interne standaard. Berekenen van het aantal eenheden die van het polymeer op de elektrode met behulp van vergelijking 724,32,33te herhalen:
    Equation 9(7)
    waar lmer – nummer herhalen eenheden in het polymeer, Qpolym is de polymerisatie lading F is de constante van Faraday en NA is het getal van Avogadro.
  6. Doping kosten berekent u het CV van gedeponeerde polymeer vastgelegd in een cel van de spectroelectrochemical voor de meting van de EPR, met behulp van vergelijking 8:
    Equation 11(8)
    waar Qd is de doping lading, ik is de huidige, E is de verzameling potentiële, E0 is het begin potentieel v is de scanfrequentie en e is de elementaire lading.
  7. Berekende doping gratis gebruiken voor het berekenen van doping niveau, met behulp van vergelijking 9:
    Equation 12(9)
    waar ∆D- niveau, Qd doping de doping lading, en lmer is – aantal eenheden in het polymeer herhalen
  8. Voor het berekenen van het aantal bipolarons, neem aan dat een eerste doping niveau dat gelijk is aan nul. Gebruik van het aantal polarons per eenheid van de concentratie van draaiingen, zodat het aantal bipolarons moet worden berekend aan de hand vergelijking 10. Stel dat het aanvankelijke bedrag van bipolarons nul is en dat faradaic huidige veel hoger dan die van niet-faradaic huidig is in de berekeningen.
    Equation 14(10)
    waar is zik van de vervoerder van de lading elementaire lading, niis het aantal luchtvaartmaatschappijen van de kosten per eenheid van het polymeer (p) is de polarons en (b) is de bipolarons.
  9. Uitpakken van de g-factor-waarde uit de EPR-spectra. Bepalen met behulp van Mn als een interne standaard (stappen 4.2.3 en 4.3.8), te weten dat de vierde regel van mangaan daarin een g heeft-factor van 2.03324. Berekenen van de breedte van de uitvoerregel van EPR signaal als de afstand in mT tussen minimum en maximum van het EPR-signaal. Deze waarde is belangrijk omdat het kan vertellen waar (op welke atoom) de radicalen worden gevormd.

Representative Results

De meest voorkomende toepassing van CV analyse is de schatting van IP- en EA. Hoewel er een paar manieren om CV gegevens te verkrijgen zijn, is het raadzaam voor de berekening daarvan op basis van het begin van de redox pieken (Figuur 3). Deze aanpak maakt het mogelijk de berekeningsmethode te verenigen. Niet alle van de geteste materialen ondergaan dat omkeerbaar oxidatie/vermindering processen (Figuur 3); in dergelijke situaties, het is niet mogelijk om te berekenen op basis van gemiddeld potentieel (gemiddelde van potentieel correspondeert met een maximum van kathodische-reductie en anodic-oxidatie pieken). Echter is het bijna altijd mogelijk om te draaien van de tangens tot een piek, zoals afgebeeld in Figuur 3. Met de kruising met de lijn van de achtergrond en het gebruik van vergelijkingen 1 en 2, worden de waarden voor IP- en EA geschat als 5.35 eV en −2.90 eV, respectievelijk. Er zijn ook diverse verschillende schalen gebruikt om IP- en EA gebaseerd op CV metingen te evalueren. De meest gebruikte schalen voor organische materialen −4.8 en −5.1 zijn eV als gelijkwaardig 0,00 V versus normaal waterstof elektrode (NHE). Alles van de schalen zijn echter slechts een benadering; Vergeet dit niet bij het vergelijken van verschillende resultaten. Het cruciale punt is te verklaren welke parameters werden beschouwd als voor berekeningen. In dit geval de waarde −5.1 eV is gekozen als het moet overeenkomen met de formele mogelijkheden van de ferroceen redox paar; het is in de Fermi-schaal, 0.40 V versus verzadigd kalomel elektrode (SCE) in acetonitril, die in overleg met de vorige meting.

Er zijn vele artikelen gepubliceerd met betrekking tot de analyse van CV. hierin, wij tonen wanneer het proces is niet gonna be zoals verwacht. De analyse is gebaseerd op thiofeen afgeleide: NtVTh (structuur weergegeven in Figuur 4), die ondergaat afbraak op oxidatie (Figuur 5).

NtVTh heeft twee oxidatie mogelijkheden: de eerste op 0.70 V en de tweede op 0.84 V (Figuur 5). Tijdens de eerste cyclus, de vermindering van de piek niet gerespecteerd wordt, met vermelding van een onomkeerbaar proces. Elektrochemische kenmerken van NtVTh blijkt dat de polymerisatie doet zich niet voor en na de eerste oxidatie potentiële, sommige electro-inactieve laag van reactieproducten deposito's aan het oppervlak van de elektrode, aldus belemmeren de polymerisatie-proces. Wat zichtbaar is, is de reactie met de radicale catie op de vinyl-band, waar de molecule zijn dimeren conjugatie en vorm op de elektrode verliest.

Hoewel het moeilijk is om informatie te extraheren over gratis vervoerders uit de CV, is het mogelijk onderscheid maken tussen polarons en bipolarons als ook door een UV-Vis-NIR-spectrometer ondersteund. De neutrale poly (Oivan PrThEE) werd gekenmerkt door twee brede absorptie π | π * overgangen bands met pieken maxima op λmax1 = 363 nm en λmax2 = 488 nm, aan de aromatische vorm van de afgeleide ongedoopt polythiophene gerelateerde. Tijdens de oxidatieve doping, nieuwe polaronic en bipolaronic bands gegenereerd. Het spectrum van de UV-Vis verkregen tijdens de oxidatie van poly (OiPrThEE) bleek het afnemen van de neutrale polymeer absorptie band (300-550 nm) (Figuur 6) samen met de vorming van een nieuwe band van de absorptie (550-950 nm) van de radicale caties van bithiophene en p- phenylenevinylene met maxima op 692 nm. Het punt van de isosbestic van het oxidatieproces was gelegen op 604 nm. De bipolaronic band verscheen tussen de 950 nm en 1700 nm met een maximum attractiepark 1438 nm.

EPR spectroscopie is de techniek die materialen met een ongepaard elektron detecteert, inclusief biologische radicalen39. Er zijn verschillende parameters die kunnen worden geëxtraheerd uit EPR spectra, maar een van de meest interessante is te schatten waar de radicalen zijn gelokaliseerd. Elektronen, protonen, vergelijkbaar bezitten spin. Door het plaatsen van een elektron in een extern magnetisch veld, deze spin kan worden gesplitst op twee manieren: parallel en antiparallel naar het magnetische veld, waardoor twee energieniveaus. Dit fenomeen staat bekend als het effect van de Zeeman40,41. In geval van biologische radicalen communiceert de ongepaard elektron niet alleen met het externe magnetisch veld, maar ook met magnetische kernen (kernen hebben een niet-nulzijnde spin; I≠0). Een aantal ontaarde energie-niveaus zijn gelijk aan 2I + 1, waarbij ik het nummer van de quantum spin van de kern waarmee de ongepaard elektron42 interageertis. De interactie van de ongepaard elektron met een groter aantal magnetische kernen leidt tot verdere splitsing van de energieniveaus en hyperfine structuur van EPR spectra registratie43 (Figuur 7).

Voor moleculen waar de ongepaard elektron samenwerkt met een nog groter aantal kernen, de afzonderlijke spectrale regels kunnen elkaar overlappen, wat resulteert in de registratie van een enkele, globale signaal44,45,46 (figuur 8). Dit is typisch voor geconjugeerd polymeren, waar de gegenereerde radicale ion tijdens een redox-proces gedelokaliseerd47,48 is.

De combinatie van de EPR spectroscopie met elektrochemische methoden zorgt ervoor dat de karakterisering van lading dragers (radicaal-ion) gegenereerd tijdens de redox-proces, alsmede de bepaling van het mechanisme van deze processen49,50 . Als goed opgelost (pieken worden gescheiden; niet in de vorm van een globale piek) spectra zijn geregistreerd, zoals in het geval van elektrochemische vermindering van s -tetrazine afgeleide (Figuur 7), dan is de analyse van de structuur van de hyperfine van spectra leidt tot conclusies over de lokalisatie van ongepaard elektron. Unidirectioneel om te analyseren van dit soort spectra is te voeren simulatie met speciale software en aan gesimuleerde spectra met de experimentele één51. Dit is vooral handig wanneer de hyperfine-structuur complex als gevolg van de interactie van de ongepaard elektron met grote aantallen protonen is. In het geval van de s- tetrazine afgeleide weergegeven in afbeelding 7, simulatie van EPR spectra (rode lijn) geeft aan dat de interactie van de ongepaard elektron met vier stikstof-atomen van s- tetrazine.

Figure 1
Figuur 1: elektrochemische en spectroelectrochemical cellen die worden gebruikt voor metingen. De figuur presenteert de regeling installatie van elektrochemische/spectroelectrochemical cellen met behulp van cyclische voltammetrie, UV-zichtbaar- en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR), en elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectroelectrochemical metingen. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 2
Figuur 2: cyclische voltammetrie (CV) van correct gemeten samengestelde COPO1 (a) en de CV met een unstable verwijst naar potentiële dibenzothiophene-S, S-kooldioxide met ferroceen (b)52. De figuur toont twee cyclische voltammograms. (a) presenteert correct geregistreerd CV en (b) toont een voltammogram geregistreerd met behulp van een referentie-elektrode met geen potentiële stal. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 3
Figuur 3: cyclische voltammetrie (CV) van samengestelde COPO1 in een brede waaier van mogelijkheden. Schatting van het begin potentieel voor EA en IP-berekeningen van de COPO1 verbindingen52. EA = −2.90 eV en IP = 5.35 eV. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 4
Figuur 4. EPR zes spectrale lijn van mangaan standaard. Het paramagnetisch signaal van mangaan gebruikt voor de kalibratie van de verschuiving van het signaal. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 5
Figuur 5: cyclische voltammetrie (CV) van samengestelde NtVTh. Cyclische voltammograms van 15 mM NtVTh in 0,1 M Bu4NBF4/CH3CN en ten opzichte van ferroceen standaard presentatie van de aantasting van het proces op werken elektrode. Scanfrequentie 0.05 V/s: (een) werd meegenomen in het bereik −1.4 V aan 0.8 V, en (b) in het bereik −1.4 V naar 0,9 V. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 6
Figuur 6: Ultraviolet-zichtbare en nabij-infrarood (UV-Vis-NIR) spectroelectrochemistry van poly (OiPrThEE) afgeleide. UV-Vis-NIR spectra presenteert de evolutie van absorptie band via de generatie van lading dragers op polymeer structuur. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 7
Figuur 7: EPR spectroelectrochemical analyse van tetrazine derivaat. (a) de structuur van de s- tetrazine afgeleide; (b) EPR spectra geregistreerd tijdens elektrochemische vermindering van s- tetrazine derivaat (zwarte lijn-experimentele en rode lijn gesimuleerde spectrum). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 8
Figuur 8: EPR spectroelectrochemical polaron signaal van het geconjugeerd polymeer. Elektron paramagnetisch resonantie (EPR) spectra geregistreerd tijdens de eerste stap van oxidatie van geconjugeerd polymeer (EPR spectra polaron soorten). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Figure 9
Figuur 9: cyclische voltammetrie (CV) van ferroceen en decamethylferrocene. Vergelijking van twee elektrochemische normen als pure en als mengsel tonen van de verschuiving van de mogelijkheden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.

Discussion

Elektrochemische en spectroelectrochemical technieken hebben geen beperkingen; een kunt vaste toestand zowel vloeibare oplossingen in een breed scala van temperatuur en andere omstandigheden met deze technieken analyseren. Het belangrijkste in al deze gevallen is dat stoffen/materialen worden geanalyseerd onder het toegepaste potentieel, repliceren van de echte wereld omstandigheden voor het organische elektronica-apparaten werken. Het enige verschil is dat in elektrochemie, wordt de vorming van lading dragers, waargenomen.

De hier gepresenteerde methoden tonen het nut van de analyse van geladen vervoerders gegenereerd in organische verbindingen die met hun toepasbaarheid in organische elektronica correleren. Bovendien, de elektrochemische en spectroelectrochemical technieken zijn goedkoper en minder eisen stelt dan dat van typische methoden gebruikt bij verantwoordelijke vervoerder analyse, maar er zijn enkele kritische stappen en wijzigingen aan het protocol die nodig zijn afhankelijk van de verkregen resultaten.

Tijdens de karakterisering van het elektrochemische, altijd beginnen met een bepaalde concentratie. Als een verzameling van de verbindingen wordt vergeleken, dan moeten alle materialen dezelfde Molaire concentratie. Het beste is om te beginnen met een concentratie van 1 mM en 50 mV/s scan tarief zoals aangegeven in het protocol in deze studie, maar het is goed om te weten van de concentratie van het monster op het waargenomen elektrochemische gedrag. Probeer altijd te meten ten minste drie scans. De eerste twee scans zijn meestal verschillend omdat de startende voorwaarden (evenwicht) verschillend zijn. De tweede en de derde scans moet hetzelfde zijn. Als de tweede en derde scans hetzelfde zijn, dan zijn er waarschijnlijk geen kant reacties waargenomen in dit systeem (Figuur 2a). In een oxidatieproces, wordt een nieuwe piek in een lager potentieel weergegeven die aangeeft dat de geleidend materiaal werd gestort op de WE18,19,24,25,29,30 , 31 , 32. als de hoogte van de lagere piek in opeenvolgende scans verhoogt, dan waarschijnlijk het geconjugeerd polymeer werd gedeponeerd18,19,24,25,29 , 30 , 31 , 32. als alle de stromingen afname van achtereenvolgende scans, dan het nonconductive product van de afbraak was afgezet op de elektrode. Als een zeer kleine piek wordt waargenomen voor de belangrijkste oxidatie of reductie piek (vooral voor polymeren), dan is dit waarschijnlijk kosten-overlapping proces19,23,31,34. Indien een zeer scherpe dedoping piek van oxidatie of reductie wordt waargenomen, wordt dan dit waarschijnlijk veroorzaakt door de ontleding van kristallijnen structuren op een elektrode gevormd door het electrocrystallization-proces tijdens oxidatie35.

Controleer altijd het gedrag van de teststof vóór, tijdens en na de redox pieken. Het betekent dat ten minste drie CV scans moeten worden geregistreerd: met hoofdletters (in de zaak oxidatie) of onderste hoekpunt potentieel hoger of lager, respectievelijk, het potentieel van de piek maximaal, met de bovenste of onderste hoekpunt potentieel Stel op precies op de top van de piek en met hoekpunt potentieel hoger (oxidatie) en lagere (reductie) dan potentieel van de hoogste piek. De waargenomen proces kan variëren en soms twee processen kunnen worden waargenomen onder één piek theoretisch. Vergelijk altijd de verzamelde cyclische voltammograms van de elektrolyt (stap 2.6), de ferroceen (stap 2.9), de compound (stap 2.13) en de ferroceen met stof (stap 2.19); Er zijn verschillende zaken rekening worden gehouden.

De CV-signalen van het elektrolyt en de teststof, altijd vergelijken als geen signalen uit de elektrolyt zichtbaar is op de cyclische voltammogram van de gemeten verbinding, dan de elektrolyt moet worden veranderd omdat de elektrochemische venster is te laag, of de elektrolyt is besmet. Als het signaal (redox paar) van ferroceen (stap 2.9) en ferroceen met stof (stap 2.19) op dezelfde positie, vervolgens alles is naar behoren uitgevoerd. Als de pieken zijn verschoven tussen elkaar, dan Controleer het RE en herhalen van de meting. Als het signaal (oxidatie, vermindering of redox paar potentiële) van de teststof met toegevoegde ferroceen (stap 2.19) op een hoger potentieel dan die van de zuivere samengestelde (stap 2.13), dan overwegen de waarden (oxidatie, vermindering of redox paar potentiële) uit de cyclische voltammogram van de zuivere stof. De verschuiving wordt veroorzaakt door het hogere bedrag van ferroceen in de oplossing. Wanneer twee oxidatie processen worden waargenomen, het eerste proces (oxidatie of reductie) die steeds op het WE van invloed kan zijn op het actieve vlak; Dit kan een verhoging veroorzaken in het potentieel van de oxidatie van het tweede proces (Figuur 9).

Disclosures

De auteurs hebben niets te onthullen.

Acknowledgments

De auteurs erkennen dankbaar de financiële steun van "Excilight" project "Donor-Acceptor Light Emitting Exciplexes als materialen voor Easy-te-op-maat ultra-efficiënte OLED Lightning" (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) gefinancierd door Marie Skłodowska-Curie Acties binnen het kaderprogramma voor onderzoek en innovatie "Horizon 2020".

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Potentiostat Metrohm Autolab PGSTAT100
EPR JEOL JES-FA200
UV-Vis detector Oceanoptics QE6500
NIR detector Oceanoptics NIRQuest
Dichloromethane (DCM) Sigma-Aldrich 106048
Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (Bu4NBF4) Sigma-Aldrich 86896
2-propanol, 99.9% Sigma-Aldrich 675431
Acetone, 99.9% Sigma-Aldrich 439126
Ultrasonic Bath Elma S30H
Tetrahydrofuran >99.9% Sigma-Aldrich 401757
ferrocene >98% Sigma-Aldrich F408
decamethylferrocene >97% Sigma-Aldrich 378542

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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

Tags

Chemie kwestie 140 cyclische voltammetrie Electron paramagnetisch resonantie UV-zichtbaar- en Infra-Red spectroscopie organische elektronica organische Light Emitting Diodes organische fotovoltaïsche geconjugeerd polymeren elektronenaffiniteit ionisatie Potentieel lading dragers Spectroelectrochemistry
Met behulp van cyclische voltammetrie, UV-Vis-NIR en EPR Spectroelectrochemistry voor het analyseren van organische verbindingen
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Pluczyk, S., Vasylieva, M., Data, P. … More

Pluczyk, S., Vasylieva, M., Data, P. Using Cyclic Voltammetry, UV-Vis-NIR, and EPR Spectroelectrochemistry to Analyze Organic Compounds. J. Vis. Exp. (140), e56656, doi:10.3791/56656 (2018).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter