Bu makalede, elektrokimyasal, tarif elektron paramagnetic rezonans ve organik elektronik uygulamada için organik bileşikleri analiz etmek için yakın kızılötesi ve ultraviyole görünür spektroelektrokimyasal yöntemleri.
Çevrimsel voltammetry (CV) organik bileşikler analizinde kullanılan bir tekniktir. Bu teknik elektron paramagnetic rezonans (EPR) veya ultraviyole görünür ve yakın kızılötesi (UV-VIS-NIR) spectroscopies ile birleştirildiğinde, elektron ilgisi, iyonlaşma potansiyeli, bant-gap enerjileri, türü gibi yararlı bilgiler elde etmek taşıyıcıları ve istikrarlı organik elektronik cihazlar sentezlemek için kullanılan bozulması bilgi şarj edin. Bu çalışmada, elektrokimyasal ve organik bir aygıt olarak oluşturulan şarj taşıyıcıları etkin katmanlarda meydana gelen işlemleri çözümlemek için spektroelektrokimyasal Yöntemler mevcut.
Dünya çapında, araştırmacılar ile arzu performansını ve kararlılığını, Genişletilmiş kullanım nedeniyle çıkacak olan organik elektronik kullanılabilir yeni organik maddeler sürekli arıyor. Organik cihazlar söz konusu olduğunda, sürüş aygıt davranış kuralları tam olarak bilmek şarj taşıyıcı davranışını anlamak önemlidir. Analiz etkisinin bir moleküler yapısı şarj taşıyıcı ve dinamikleri nesil ve bakım enjekte şarj taşıyıcılar, her iki pozitif (delik) denge ve (elektronlar) negatif, verimlilik ve istikrarı geliştirmek çok önemlidir Organik cihazlar. Bu bireysel suçlamaları etkili rekombinasyon sağlar ve sonuç olarak önemli ölçüde organik ışık yayan diyot (OLED)1,2photoluminescence verimliliğini artırır. Organik fotovoltaik (OPVs)3,4 yanı sıra organik alan etkili transistörler (OFETs)5,6, yüksek ücret taşıyıcı hareketlilik malzemelerle sahibi olmak gereklidir. Şarj taşıyıcıları analiz yanı sıra, organik electroactive malzemelerin çeşitli önemli parametreler yardımcı malzeme kullanıldığı tahmin: iyonlaşma potansiyel (IP), elektron benzeşim (EA) enerji düzeyleri ve grup-gap aralarındaki7 ,8,9,10.
Bu çalışmada, biz electroactive malzemeler her türlü analizinde kullanılan çevrimsel voltammetry (CV) verimli ölçülmesi için bir yöntem mevcut. Bu teknik redoks özellikleri, doping/dedoping mekanizması, istikrar, dönüşüm ve depolama enerji, vbhakkında bilgi sağlar. O da diğer yüksek vakum yöntemlerine göre çok daha ucuz ve daha hızlı bir yol için elektron benzeşme ve iyonlaşma enerjisi test bileşiklerin tahmin sağlar. Yukarıda belirtilen parametreleri en yüksek işgal moleküler orbital (HOMO) ve en düşük boş moleküler orbital (LUMO) enerji düzeyleri ile aralarındaki ilişkileri belirlemektir.
Bu makalede sunulan Yöntem konjuge bileşikleri delocalized π-elektron kendi yapıları içinde olanlar gibi her türlü analiz etmek için kullanılabilir. Konjuge bileşikler küçük moleküller büyük polimer zincirleri ile olabilir. Küçük moleküller de monomerleri olabilir; ilk reaksiyonu sırasında (fotokimyasal, elektrokimyasal veya kimyasal) monomerleri polimerler oluşabilir. OLED uygulamada enerji seviyesi değerleri doğru host kullanım termik harekete geçirmek içinde emitör için etkinleştirmek için floresan (TADF) Konuk-ana bilgisayar sistemi veya bölünme ile exciplex donör-alıcısı katman bileşikler karar vermek olabilir gereklidir oluşmuş ve hangi ek katmanlar (elektron taşıma katmanı (ETL), katman (HTL), elektron engelleme katmanı (EBL) ve delik engelleme katmanı (HBL) taşıma delik) verimli bir şekilde tahsil istikrarlı sentezlemek için gerekli olacaktır OLED aygıt11 dengeli , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. ek elektrokimyasal ölçümleri izin olası yüz tepkiler soruşturma sırasında etkin katmanın bozulma sürecinin ve düşük cep oluşumu şarj taşıyıcıları (bipolarons)18,19 ,20,21,22.
Kaplin elektrokimyasal ve spektroelektrokimyasal yöntemleri sağlar istikrar23 için çok önemli olan derecesi oksidasyon veya küçültme konjuge bileşikler ve onların yıkımı potansiyel, kolay, doğru ve güvenilir tespiti için , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. elektrokimya ile birleştiğinde ultraviyole görünür ve yakın kızılötesi (UV-VIS-NIR) spektroskopisi tüm yeni konjuge bileşikleri, doping sırasında emme grubu değiştirme gibi temel renk özelliklerini karakterize 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
Doping mekanizması ile ilgili bir çalışmada, ücret taşıyıcıları türünü tanımlamak önemlidir. Bu süreçte, şarj edilmiş quasiparticles iki çeşit almak bölüm, bir ile uncompensated spin (polarons) ve ikinci olan diamagnetic (bipolarons); Elektron paramagnetic rezonans (EPR) spektroskopisi doğrudan bir gözlemlemek ve nüfus paramagnetic polarons29,30,31,32 değişiklikleri izlemek izin verir çok değerli yardım sağlar . Küçük moleküller, bu formu bipolarons için zordur, ancak bu moleküller oldukça Birleşik ve bipolaron-inducing özellikleri vardır; Eğer kontrol etmek önemlidir ve, yapısı içinde potansiyel polarons ve bipolarons oluşur. Bipolarons en az bir hareketlilik polarons daha düşük sıralanmıştır; bipolarons çalışma aygıt içinde oluşur ise, bu nedenle, o zaman bu yüksek akım ve OLED cihaz aşırı ısınma neden olur veya bozulma33merkezleri de olabilir ücret uçak gemileri dengesiz bir oranı için neden olabilir.
Bu çalışmada önerilen ölçüm yöntemi ucuz ve daha hızlı ve çok sayıda yeni sentezlenmiş temel alan özel aygıtları için gerek kalmadan electroactive malzemelerin en değerli operatif parametrelerini belirlenmesi için sağlar malzemeler performansını kontrol etmek için. Elektrokimya ve spectroelectrochemistry uygulayarak,–dan yüz-in yeni malzemeler gerçekten umut verici bir malzeme seçmek mümkündür. Buna ek olarak, doping süreçleri ile ilgili detaylı bilgi edinmek mümkündür ve elektrokimyasal kullanan sistemler ve daha fazlasını oluşturmak sağlar spektroelektrokimyasal yöntemleri test kimyasal yapısı üzerindeki etkileri Birleşik verimli organik elektronik cihazlar.
Elektrokimyasal ve spektroelektrokimyasal teknikleri herhangi bir sınırlama var; bir katı hal ve geniş bir sıcaklık ve diğer koşulları bu teknikleri ile sıvı çözümlerinde analiz edebilirsiniz. Tüm bu durumlarda, önemli olan bileşikler/Malzemeleri altında organik elektronik cihazlar çalışmak için gerçek dünya koşulları çoğaltılıyor uygulanan potansiyel analiz edilir var. Tek fark bu elektrokimya ücret taşıyıcılar, oluşumu gözlenen.
Burada sunulan yöntemleri şarj edilmiş gemileri organik elektronik onların uygulanabilirliği ile ilişkilendirmek organik bileşikler generated analizini kullanışlılığı göster. Ayrıca, elektrokimyasal ve spektroelektrokimyasal teknikleri daha ucuz ve daha az ücret taşıyıcı analizinde kullanılan tipik yöntemlerden daha zorlu, ama orada bazı önemli adımlar ve değişiklikleri bağlı olarak gerekli olan iletişim kuralı sonuçlar elde.
Elektrokimyasal karakterizasyon sırasında her zaman belirli bir konsantrasyon ile başlar. Eğer bileşikleri kümesi karşılaştırmak, tüm malzemeler aynı molar konsantrasyon olması gerekir. En iyi ile başlamak 1 mM konsantrasyon ve 50 mV/s hızı protokolü bu çalışmada gösterildiği gibi inceden inceye gözden geçirmek ama örnek toplama gözlenen elektrokimyasal davranışı üzerinde öğrendiğim iyi oldu. Her zaman en az üç taramaları ölçmek deneyin. Başlangıç koşulları (denge) farklı olduğu için ilk iki taramaları genellikle farklıdır. İkinci ve üçüncü taramalar aynı olması gerekir. İkinci ve üçüncü inceden inceye gözden geçirmek aynı ise, o zaman muhtemelen bu sistem (Şekil 2a) gözlenen hiçbir yan reaksiyonları vardır. Bir oksidasyon süreci daha düşük bir potansiyel yeni bir zirve iletken malzeme biz18,19,24,25tarihinde,29,30 yatırılması gösteren görünür , 31 , 32. düşük pik yüksekliği artar ardışık taramaları, o zaman muhtemelen konjuge polimer yatırılan18,19,oldu24,25,29 , 30 , 31 , 32. tüm akımları izleyen taramaları azaltmak, daha sonra nonconductive ürünün bozulması elektrot yatırılır. Çok küçük bir tepe ana oksidasyon veya azaltma tepe (özellikle için polimerler) önce görülmektedir, bu muhtemelen şarj yakalama işlemi19,23,31,34tek. Çok keskin bir dedoping en yüksek oksidasyon veya küçültme gözlem yapılırsa, o zaman bu muhtemelen ayrıştırma electrocrystallization işleminde oksidasyon35sırasında oluşan bir elektrot üzerinde kristal yapıları nedeniyle oluşur.
Her zaman bileşik önce sırasında ve sonrasında redoks zirveleri test davranışını kontrol edin. En az üç CV tarama kayıt gerektiğini anlamına gelir: (içinde durum oksidasyon) üst veya alt köşe potansiyeli daha düşük veya daha yüksek ile sırasıyla, sonra en yüksek maksimum, potansiyel üst veya alt köşe potansiyeli olan ayarla tam olarak en yüksek tepe ve ile tepe noktası potansiyelleri daha yüksek (oksidasyon) ve alt (azaltma) en yüksek maksimum potansiyelini daha. Gözlenen işlemi gösterebilir ve bazen iki işlem altında bir tepe teorik olarak gözlenen. Her zaman karşılaştırmak toplanan çevrimsel voltammograms elektrolit (adım 2.6), ferrocene (adım 2,9), bileşik (adım 2.13) ve ferrocene ile bileşik (adım 2.19); dikkate alınması gereken bazı sorunlar vardır.
Herhangi bir sinyal–dan elektrolit Eğer üzerinde ölçülen bahçedeki voltammogram döngüsel görünür elektrokimyasal penceresi çok düşük olduğundan elektrolit değiştirilmesi gerekir her zaman karşılaştırmak CV sinyalleri elektrolit ve bileşik, test veya elektrolit kirlenmiş durumda. Sinyal (redoks çift), ferrocene (adım 2,9) ve ferrocene bileşik (adım 2.19) ile aynı konumda iseniz, o zaman her şey düzgün yapılır. Doruklarına birbirleriyle kaydırılacağı, sonra yeniden kontrol ve ölçüm tekrarlayın. Eklenen ferrocene (adım 2.19) ile bileşik test sinyalinin (oksidasyon, redüksiyon veya redoks çift potansiyel) daha yüksek bir potansiyeli ise saf (adım 2.13) bileşik, sonra gelen değerler (oksidasyon, redüksiyon veya redoks çift potansiyel) düşünün saf bileşik çevrimsel voltammogram. Vardiya ferrocene çözüm içinde yüksek miktarda nedeniyle oluşur. İki oksidasyon süreçleri gözlendiğinde, her zaman biz üzerinde ilk işlemi (oksidasyon veya azaltma) aktif yüzey etkileyebilir; Bu ikinci işlem (Şekil 9) oksidasyon potansiyeli bir artışa neden.
The authors have nothing to disclose.
Yazarlar minnetle “Donör-alıcısı ışık yayan Exciplexes Easy-terzi ultra verimli OLED yıldırım için malzeme olarak” “Excilight” projesinin mali destek kabul eder (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) Marie Skłodowska-Curie tarafından finanse Çerçeve Programı araştırma ve yenilik “Horizon-2020” içindeki eylemleri.
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 |