JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chimie

Raman ve IR spektroelektrokimyasal yöntemleri araçları olarak konjuge organik bileşikler çözümlemek için

Published: October 12, 2018
doi:
10.3791/56653
, ,
1Faculty of Chemistry, Department of Physical Chemistry and Technology of Polymers,Silesian University of Technology, 2Department of Physics,Durham University, 3Centre of Polymer and Carbon Materials of the Polish Academy of Sciences

Summary

Adım adım Raman ve IR spektroelektrokimyasal analiz bir protokol sunulmuştur.

Abstract

Sunulan çalışmada, iki spektroelektrokimyasal teknik analizi molekülün titreşimsel enerji düzeyinde gerçekleşen yapısal değişiklikler için araçları olarak ele alınmıştır. Raman ve IR spectroelectrochemistry gelişmiş organik electroactive bileşikler yapısal değişimler karakterizasyonu için kullanılabilir. Burada, Raman ve IR spectroelectrochemistry yoluyla adım adım analiz gösterilir. Raman ve IR spektroelektrokimyasal teknikleri bir elektrokimyasal işlemi sırasında gerçekleşen yapısal değişiklikler hakkında tamamlayıcı bilgiler sağlamak, yani redoks işlemlerin incelenmesi ve onların ürünleri ile ilgili sağlar. Hangi redoks reaksiyonları, çözüm ve katı hal, hem de ürünlerin tanımlanır IR ve Raman spektroelektrokimyasal analiz örnekleri sunulmaktadır.

Introduction

Elektrokimyasal ve spektroskopik tekniklerin birleşimi molekülleri elektrot yüzeyi mevcut veya böylece elektrokimyasal süreçleri mekanizmasının araştırılması çözüm, yapısal değişiklikleri izleme imkanı sağlar. Spektroelektrokimyasal yöntemleri genellikle reaksiyon mekanizması in situ incelenmesi için kullanılır. Ex situ ölçümler üzerinde kesin avantajı hangi ürünleri olamaz süreçler, soruşturma ayrı1veya işlemler ara ürünler için doğan sinyal gözlemleme imkanı. Tüm spectroscopies arasında Raman ve kızılötesi spectroscopies en güçlü ekipman durumu nedeniyle elektrokimyasal süreçlerin analiz ve ölçümleri genellikle non-yıkıcı doğası vardır.

Kızılötesi ve Raman spectroscopies türler ve böylece mevcut kimyasal bağları titreşim yapısı hakkında bilgi sağlar. Her iki teknikleri gözlenen sinyalleri doğası farklı olduğundan, bazı titreşimler2birbirlerini tamamlayıcı geliştirmelerde yalnızca IR veya Raman spectra içinde etkin olabilir. Bu hesaba, spektroelektrokimyasal analiz planlarken alınması gereken ve eğer mümkünse, bir analit titreşim yapısını IR ve Raman spectroscopies kullanarak incelenmesi gerekir. Yapısındaki değişiklikler içeren grupları belirli teknikte etkin elektrokimyasal süreci sonucu olduğunda en iyi sonuçları elde edilir. Örneğin, kızılötesi spektroskopi -CO, – CN içeren işlemler için ideal olacaktır-Hayır veya -NH gruplarının oluşumu veya kırılma3. Her zaman spektroelektrokimyasal soruşturma fark spectra kaydetmek için önerilir. Ayrıca, böyle spectra ile daha düşük yoğunluk aromatik sistemlerin yapısındaki değişikliklerin izlenmesine izin veren sinyalleri değişimler ifşa. Ayrıca, fark spectra are her zaman daha az karmaşık yalnızca değişiklikleri kayıtlı gibi hangi spectra yorumu daha kolay hale getirir.

IR spektroelektrokimyasal deneyler esas olarak çözünür ürünleri, ara ürün ve Reaktanları elektrokimyasal reaksiyonların izleme için kullanılır; böyle testler çeşitli sistemlerle, organik, inorganik, veya biyokimyasal sistemleri3,4,5,6,7,8üzerinde çalıştırabilirsiniz. Bir her zaman IR spektroskopisi söz konusu olduğunda hangi hidrojen bağı oluşur, su gibi solventler kaçınılmalıdır unutulmamalıdır.

IR ve Raman ölçümleri ile devam etmek için birkaç yolu vardır. IR spektroskopisi söz konusu olduğunda, hangi-ebilmek var olmak kullanılmış geleneksel IR cuvettes sıvılar için iletim modunda ölçümler yapılabilir. Optik şeffaf elektrotlar (Örneğin, bor katkılı elmas elektrot) veya delikli elektrotlar (metal tül çalışma elektrot) (Pt veya Au) ince metalden yapılmış genellikle böyle iletim hücreleri4çalışma elektrot olarak kullanılır, 9. İletim Spektroelektrokimyasal Hücre örneği Şekil 1‘ de sunulmuştur.

İkinci teknikte, iletim, yerine yansıma modu, sayesinde ATR (Toplam yansıma zayıflatılmış) Eki10uygulanır. Bu yöntem çözümleri ve katı hal malzeme analiz sağlar. Genellikle ne zaman dış yansıma soğurma spektroskopisi, prensip olarak yöntemiyle, herhangi bir çalışma elektrot kullanılabilir, ancak tek çözünmüş tür araştırıldı. Ancak, bazı durumlarda ATR tekniği de iç yansıma Yöntem5,8kullanarak işlemlere sağlam durumda, soruşturma için sağlar. ATR kristalde tekledi ince metal bir çalışma elektrot (Şekil 2) davranır bu tekniği için gerekli özel bir hücredir. Bazı durumlarda, ATR Ge kristal kendisi bile bir elektrot hareket edebilir (en az değil çok yüksek akımlar için)5.

Raman spectroelectrochemistry ikinci tekniktir; Elektrokimya ve Raman spektroskopisi, birleştiren bir teknik yaygın olarak kullanılan potansiyel olarak indüklenen yapısal değişimler Konjüge polimerler11, polyaniline12gibi yatırılan tabakası soruşturma polypyrroles 13, polycarbazole14 veya PEDOT15. Bu durumda metal yüzeylerde, altın ya da platin, gibi tercih edilen olmasına rağmen ayrıca polimer filmler için monolayers da test19,20,21, olabilir. Raman spektroelektrokimyasal çalışmaların diğer spektroelektrokimyasal teknikleri için analog bir yöntemdir, Yani, bir Spektrometre bir potansiyostat ile birleştiğinde gerekir ve spectra film potentiostatic koşullarda iktisap çeşitli potansiyelleri uygulanan18altında. Tipik olarak, üç elektrot Spektroelektrokimyasal Hücre bir Teflon tutucu (Şekil 3) monte elektrotlar ile klasik kuvars küvet dayalı inşa edilebilir. Lazer, ızgara, vbtürü gibi edinme parametreleri., incelenen katman özellikleri üzerinde bağlıdır. Bazı parametreler yelpazesi oldukça zor olabilir, Örneğin, bir çeşitli uyarma dalga boyu farklı spectra neden olabilir hatırlamak zorunda. Genellikle, olay ışık daha yüksek enerji daha fazla ayrıntı üzerinde spektrum, aynı zamanda yüksek risk analizi engel floresans olayları görülebilir. Genel olarak, başta, analit UV-VIS-NIR spectra uyarma lazer Raman seçmek için elde etmek çok yararlıdır. Böylece uyarma dalga boyu tesadüf molekülünün rezonans Raman saçılmasını kaynaklanan elektronik bir geçiş ile indükler tunable lazerler ayarlanabilir. Bu durumda, artan Raman saçılması yoğunluğu spectra ürününün seçilmiş bölgeleri veya hatta yeni sinyaller oluşumu bu genellikle kaydedilmemiş görülmektedir. Yapısal değişiklikler analiz atamadaki gruplarından literatür verilerine veya DFT simülasyonlar23dayalı yapılabilir kaydedilen Raman, oluşur.

Protocol

1. deneme hazırlanması Temizlik yordamı24Not: Tipik Spektroelektrokimyasal Hücre, bir platin mesh(wire) veya ITO çalışma elektrot (biz), Ag/AgCl veya Ag elektrot bir referans elektrot (RE) ve platin bobin olarak ya da tel yardımcı bir elektrot (AE) (resim 1) olarak oluşur. Tüm elektrotlar kullanmadan önce temizlenmesi gerekir. Kuvars ITO elektrot deiyonize su ile yıkama şişesinden durulayın. O zaman bir ultrasonik banyo oda sıcaklığında 15 dakika aseton ile dolu bir ölçek ve sonra 15 dakika boyunca isopropanol ile dolu bir ölçek yerleştirin. Kullanılan, yüksek ultrason banyo güç temizlik daha iyi sonuç. Hava kuru elektrot izin. Platin kafes yakmak veya tel çalışma elektrot yüksek ısı torch (en az 500 ° C) istimal o kadar kırmızı alır (yaklaşık 1 dakika). O kırmızı döndüğünde ocaktan alın ve sonra oda sıcaklığında (yaklaşık 1 dakika) için havadaki cool. Kafes elektrot erime değil dikkatli olun. Altın çalışma elektrot zımpara kağıdı (kum 2000) ve daha sonra ile 1 µm alümina Lehçe. Deiyonize suyla 5 dakika ultrasonicate. Daha sonra elektrot ölçümleri için kullanılan çözücü ile üç defa durulayın. Çalışma elektrotlar doğrudan temizlendikten sonra kullanın. Yardımcı elektrot (Platin tel veya sarmal) etkin alan yanmak istimal o kadar yüksek sıcaklık Gaz Meşalesi (en az 500 ° C) kırmızı (yaklaşık 1 dakika) ve o zaman için oda sıcaklığında havada serin alır. Depolama elektrolit referans elektrot çıkar ve ölçümleri için kullanılan çözücü ile üç kez yıkayın. Spektroelektrokimyasal gemi alkol (etanol veya isopropanol) veya bir şırınga ve hava kuru kullanarak aseton ile temizleyin. Temiz kullanmadan önce (en az 1 dakika) diğer tüm öğeleri (Örneğin, Teflon parçaları) ile aseton ve hava kuru. En az 10 mL destekleyici elektrolit çözeltisi hazırlamak. Elektrolit çözüm standart elektrokimyasal deneyler gelince aynı gereksinimleri yerine getirmek, Yani, onun konsantrasyonu en az 100 kat daha analit konsantrasyonu olmalı. Bir örnek elektrolit 0.2 M çözüm Bu4NPF6 kuru Asetonitril veya diklorometan ve bir örnek konsantrasyon 1 mm olabilir. Su gibi 1 M H2çözümler4(aq), aynı zamanda kullanılabilir böylece Raman spektroskopisi için. Eğer mümkünse, solvent ve elektrolit en yüksek saflık kullanın. Bir analit çözümde mevcut spectroelectrochemistry durumunda, en az 1 mL 1 mM konsantrasyon elektrolit çözümde, bir analit çözeltisi hazırlamak. Argon (veya azot) Teflon kanal koymak çözüm ve kalan oksijen çözümden kaldırmak için en az 5 dk, köpüren Başlat. Sadece küçük kabarcıklar çözüm yüzeyde görünecek şekilde gaz akışını denetlemek. Çok yüksek gaz akışı kullanmayın; Aksi takdirde, solvent gemiden buharlaşır. Çözücü buharlaşma azaltmak için solvent ile doymuş bir gaz kullanılabilir. Bu durumda, inert gaz kuru çözücü içeren bir kapsayıcı elektrolit çözümünüze akan önce akışı gerekir. 2. IR Spectroelectrochemistry Böylece redoks süreçleri meydana veya redoks reversibility işler, potansiyel aralığın belirlenebilir elektrokimyasal (siklik voltammetry) üzerinde analitin spektroelektrokimyasal analiz7, başlamadan önce testler. Deneysel hücre olarak Şekil 1′ de sunulan (çalışma platin, yedek mesh ve başvuru) üç elektrotlar ile donatılmış bir araya getirin. Saf çözücü ile doldurarak hiçbir sızıntı olduğundan emin olun. Kaçak durumunda, hücre montajı düzeltin. Hücre sıkı olduğunda, solvent şırınga ile kaldırın. IR spektrometre ve karşılık gelen yazılım açın. Küvet içinde Spektrometre sahibinin koymak. Küvet 2 mL analit çözeltisi ile doldurun. Olay kiriş ve başvuru ile ışınlanmış çalışma elektrodu ve yardımcı elektrotları parçası ile çözüm dalmış olmalı. Timsah kelepçeler kullanılarak potansiyostat gidiş karşılık gelen telleri ile elektrotları bağlayın. Kısa devre değil (onlar her diğer dokunmamanız gerektiğini) elektrotlar olun. Spectra edinme (spektrum aralığını ve çözünürlük, spectra FTIR durumunda tekrar sayısı) parametrelerini ayarlamak. Tipik parametreleri örneği aşağıdaki gibidir: spektrum aralığını 600-4000 cm-1, 1 cm-1çözünürlüğe, spectra sayısı tekrarlamak için-16. IR spektrum Spektrometre veya yazılım ilgili düğmeye basarak toplamak. Burada, bir arka plan kayıt ve spektrum toplamak için tarama düğmesine basın için arka plan düğmesine basın. Çalışma elektrot potansiyeli 0.0 V uygulamak ve IR spektrum (tarama düğmesine basın) toplamak bağlı potansiyostat kullanma. Spektrum uygun bir dosya adı vererek kaydedebilir. Uygulanan potansiyel değiştirmek, genellikle bir 100 artış mV, uygulama 5 s için bekle, başka bir IR spektrum toplamak ve uygun dosya adı altında kaydedin. Hangi yükseltgeme-indirgeme işlemleri oluşabilir tüm potansiyel aralığı ulaşana kadar bu adımı yineleyin. Elektrokimyasal oksidasyon veya azaltma sırasında yapısal değişiklikler reversibility denetlemek için bir ilk potansiyel (0.0 V) dönün ve IR spektrum yeniden toplamak. Ya bir artış 100 geçerli mV veya için ilk karşılaşma olasılığını en arkaya git. Fark spectra elde etmek için tüm diğer spectra dan ilk spektrum çıkarma. O zaman, düz bir çizgi yazılım tarafsız spektrumunda kendisinden çıkararak taban çizgisi olarak belirleyin. İşlemmenüsünden, Aritmetikaçmadı. Yeni açılan pencerede (Aritmetik ayarları), aşağı açılan listeden çıkarma (-)operatörü açmadı. İşlenen seçip ardından 0.0 V aşağı açılır listesinden kayıtlı spektrum. İşlemi onaylamak için OKtuşuna basın. Bir elektronik tabloya veri vermek için dosyasını seçmek | Gönder | Excel. Spektroelektrokimyasal ölçüm tamamlanırken, çözümün bir CV kayıt (2.1 Protokolü’nün üzerine gelin bakın). Sonra onun konsantrasyonu App almak için ferrocene uygun miktarda ekleyin 0,5 mM ve kayıt CV yine.Not: 4,8 eV onun oksidasyon potansiyel oluşur gibi Ferrocene standart olarak kullanılır. Örnek ferrocene vs oksidasyon/redüksiyon potansiyelleri yeniden hesaplama tarafından kayıtlı işleminin uygun potansiyel tahmin ve verilerinizi birleştirmek. 3. IR Spectroelectrochemistry bir yansıma modunda İletim modu gelince aynı ölçüm yordamı gerçekleştirin. Tek fark deneysel hücre her tür için farklı hücre derleme (2.4) mevcuttur. 4. Raman Spectroelectrochemistry Redoks süreçleri meydana veya redoks reversibility işler, potansiyel aralığın belirlenebilir elektrokimyasal (siklik voltammetry) testleri üzerinde analitin spektroelektrokimyasal analiz7, başlamadan önce çalıştırılarak. Faiz tabakası üzerinde tel veya plaka elektrot elektrokimyasal polimerizasyonu veya daldırma yöntemi12döküm Kasası. Raman spektrometre, lazer ve karşılık gelen yazılım açın. Deneysel hücre birleştir. Böylece onlar, Şekil 2′ de sunulan dokunmayın üç elektrotlar (çalışma, başvuru ve yardımcı) küvet içinde yer. En iyi küvet bir Teflon sahibi, iyi uygun kullanmaktır. Çalışma elektrot (veya çalışma elektrodu ile yatırılan film kaplı) yerleştirin yakın küvet duvar gelen olay ışın mümkün olduğunca karşı karşıya, ama duvara basın mı (çözüm kolayca küvet duvar arasında akabilir bu yüzden biraz boşluk bırakın ve çalışma elektrot). Küvet (yaklaşık 2 mL) kullanarak elektrolit veya analit solüsyonu ile doldurun. Çözümdeki tüm elektrotlar bırakın. Raman Spektrometre tutucusuna küvet geçirin ve karşılık gelen telleri timsah kelepçeler kullanılarak potansiyostat gidiş ile elektrotları bağlayın. Elektrotlar veya bağlayıcıları birbirlerini dokunmayın emin olun. Spektrometre ile bir kamera varsa, el ile üzerinde çalışma elektrot yatırılır ve/veya yazılımını kullanarak film odaklanır. Çalışma elektrot yüzeyi açık bir görünümünü görünür olmalıdır. Spektrometre’nın kapağını kapatın. İstenen lazer ve edebiyat verilere göre karşılık gelen ızgara türü seçin ya da (örneğin yakın kızıl ötesi 830 nm uyarma lazer ve 1200 çizgileri ızgara kullanılabilir) kendi deneyim.Not: Daha doğru spectra elde edilebilir olay ışın ışığın daha yüksek enerji, aynı zamanda spektrum analizi engeller floresans riski daha fazla. Izgara türü seçim aralığı ve/veya edinsel spectra çözünürlüğe değişecek. Tipik olarak, en uygun lazer ve ızgara kullanılabilir tüm test ederek seçilebilir. Lazer ışını yazılımı kullanarak çalışma elektrot yüzeyi üzerinde odaklanın. Eğer spektrometre, keskin nokta veya çizgi örnek olay ışın ışığın görülmektedir pozisyon bir fotoğraf makinesi ile donatılmış. Spectra edinme parametrelerini ayarlamak: lazer gücü, spektral Aralık, saat aydınlatma vb. örneğinin. Seçtiğiniz parametreleri bir film türüne bağlı veya / ve substrat ve tek tek seçilmelidir. Çok yüksek lazer güç kullanmayın; Aksi takdirde örnek yok. Örnek parametreleri aşağıdaki gibidir: aydınlatma – 1 s, ölçüm, saat 3 kez tekrar güç – %1, spectra aralığı – 400-3200 cm-1, lazer. Raman spektrumu Spektrometre veya yazılım ilgili düğmeye basarak toplamak. Tepeler üzerinde kayıtlı spectra yoğunluğunu zayıf ise, güç veya satın alma süresini artırın. Spectra geniş bant floresans olayları gösterir. Bu durumda, olay ışın ışık daha az enerjik (daha yüksek dalga boyları için) değiştirmek veya lazer gücü azalan deneyin. Bir potansiyel 0.0 V bağlı potansiyostat kullanarak çalışma elektrot uygulamak ve Raman spektrumu toplamak. Spektrum uygun bir dosya adı vererek kaydedebilir. Genellikle 100 ile artan uygulanan potansiyel değiştirmek mV, yaklaşık 15 için beklemek s, başka bir spektrum toplamak ve uygun dosya adı altında kaydedin. Bu oksidasyon/redüksiyon işlemlerin gerçekleştiği tüm potansiyel aralığı erişene dek tekrarlayın. Yapısal değişiklikler reversibility elektrokimyasal oksidasyon veya azaltma sırasında sipariş kontrol etmek için ilk olasılığını (0 V) dönün ve Raman spektrumu tekrar toplamak. Spektroelektrokimyasal ölçümler bitmiş bir analit (çözüm bulunması veya yatırılan elektrot üzerinde) bir CV kaydedersiniz. Sonra aprotic çözümlerde, onun konsantrasyonu App elde etmek için ferrocene uygun miktarda ekleyin 0,5 mM ve kayıt CV yine.Not: 4,8 eV onun oksidasyon potansiyel oluşur gibi Ferrocene bir standart olarak kullanılır. Örnek ferrocene vs oksidasyon/redüksiyon potansiyelleri hesaplayarak, kayıtlı işlemler uygun potansiyelleri belirlenebilir.

Representative Results

Yapısal değişiklikler monomer ve doping sırasında süreci ve bunun için mekanizması belirlemek çok yararlı meydana gelen polimer, IR spektroelektrokimyasal soruşturma olabilir (Şekil 4) yürütülen. Örnek deneyde, IR spectra kaydedildi fark formunda yani IR spectra incelenen bahçedeki bir referans olarak alınmıştır. Spectra polimerizasyon sırasında ortaya çıkan değişimler pozlama için böyle bir yaklaşım sağlar: tahvil kaybolması böylece gibi olumlu bir sinyal (artan geçirgenliği) yeni tahvil oluşumu görülüyor ise negatif tepeler () görülen geçirgenliği azaltarak) (Şekil 4). IR spectra analitin electropolymerization sırasında kaydedilen Şekil 4′ te gösterilmiştir. O-ebilmek var olmak seen gibi bazı değişiklikler malzemenin çift tahvil bazılarını ortadan kaybolması düşündüren yaklaşık 1600 cm-1oluşur. En önemli değişiklikler arasında 700-900 cm-1bölge vardır: monosubstituted yüzük, aynı anda yeni bir sinyal disubstituted halka dışında doğan kaybolması geçirgenliği 750 ve 675 cm-1 de artış gösterir yaklaşık 830 cm-1görüntülenir. Sunulan IR spektroelektrokimyasal deney üzerinde bağlı olarak, ücretsiz benzen halkası ile vinil grubunun tepki olarak oluşan electropolymerization mekanizması önerilmiştir. Raman spektroelektrokimyasal çalışmaların sunulan örnekte, anilin (Şekil 5) electrografted katman üzerinde biriken polyaniline film potansiyel olarak indüklenen yapısal değişiklikler incelenmiştir. Raman spectra 1 M H2potentiostatic koşullarda böylece 830 nm uyarma kullanarak 800-1700 cm-1 aralığında4 çözüm lazer ve 1200 çizgiler 25ızgara kaydedildi. Raman spectroelectrochemistry sonuçları polyaniline electropolymerized electrografted altın substrat (PANi/amino/Au) üzerinde Şekil 5′ te gösterilmiştir. Sinyal atama üzerinde edebiyat veri11,26,27,28dayanıyordu. 0 başlangıç potansiyelini, mV, 1178 cm-1, 1265 cm-1 ve 1608 cm-1 C-H uçak-bükme, C-N germe ve C-C sırasıyla, germe kaynaklanan bantları gözlenir ve bunu teyit polyaniline A-redoks çiftin leucoemeraldine formunda olasılığı vardır. Uygulanan potansiyel yukarıdaki ilk redoks çift (A) potansiyelini C-N germe grupları 1239 cm-1 ve 1264 cm-1ve iki örtüşen tarafından belirtilir semiquinone polyaniline yapısı oluşumu neden olur artış tepeler 1300-1420 cm-1 bölgesi içinde. Daha fazla artış 500-700 mV, yani ikinci redoks çift (B), potansiyel yukarıda belgili tanımlık potansiyel ilâ üç grup bir ilişkili büyüme neden olur: 1235 cm-1- C-N – germe, 1483 cm-1- C = N germe ve 1590 cm, 1- C = C germe, hangi deprotonated quinoid ring için özelliği vardır. Bu polyaniline pernigraniline formu içine geçiş gösteren 1335 cm-1 grup göreli yoğunluğunu azalma eşlik ediyor. Resim 1 : Hücre iletim IR-spectroelectrochemistry (a) düzeninin ve yan montaj (b) sonra göster. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Resim 2 : Düzenleri yansıma hücre IR-spectroelectrochemistry için. Dış yansıma hücreleri bir) ve b) olan çözünen türler soruşturma için kullanılır. İç yansıma hücre c) elektrot üzerinde adsorbe türlerin incelenmesi için kullanılır. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 3 : Düzenleri Raman Spektroelektrokimyasal Hücre Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 4 : IR spectra uygulanan çeşitli potansiyelleri, monomer, Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız. Şekil 5 : Polyaniline farklı bir potansiyel, Raman spectra; ekle: CV eğrisi polyaniline film için kaydedilen Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Discussion

IR ve Raman teknikleri uygulamalı potansiyel altında meydana gelen yapısal değişiklikler incelenmesi ve redoks reaksiyonu ürünlerinin incelenmesi tavsiye edilir. Ancak, pratik açısından, Raman spektroskopisi handier tür deneyler analitik bir araç olarak. Örnekleri nonpolar tahvil ile de uygulanabilir olarak Raman spectroelectrochemistry daha fazla olanak verir. Bu nedenle başarılı bir şekilde karbon malzemeleri, polimerler, pil, vbincelenmesi için kullanılmıştır. 29 , 30 , 31 , 32 , 33 dağınık ışık önemli ölçüde Raman spektroskopisi ölçülür beri genellikle hiçbir sınırı vardır çalışma elektrot malzeme veya inşaat. Ayrıca, burada kullanılan gibi olay ışık (UV-VIS-NIR) kötü için standart bir elektrokimyasal hücre kullanımına izin verir cam tarafından emilir. Büyük avantajı ölçümleri fiber optik spektrometresinde dışında yapma imkanı da. Raman spektrumu kaydolmak için olay ışık düzgün örnek üzerinde odaklanmış olması gerekiyor. Işık demeti ölçüm hücrenin farklı konumlarda odaklanarak, bu Eğer karar verilebilir kimyasal bileşimi çözüm, e.gmeydana gelen değişimler. ya yanında elektrot elektrot yüzeyinde adsorbe türler takip edilmektedir.

Raman spektroskopisi ile uygun bir kararlılık kullanımına da katı örnekleri, yüzeyi veya çok katlı yapılarda da kendi derinliklerinde profil çalışması için izin verir. 34 , 35 , 36 , 37 bir bu nedenle, yüzey topografyası, farklı kimyasal türler yüzeyi veya kesit dağılımı hakkında bilgi elde edebilirsiniz. Raman spectroelectrochemistry redoks süreçler sırasında tüm bunlar şekil değişiklikleri in situ izlenmesine izin verir ve böylece bireysel katmanları, sistem birden fazla oksidasyon/redüksiyon döngüleri sırasında dayanıklılık kalitesi tahmin etmek veya çok katmanlı yapılarda difüzyon okuyor. Raman spectroelectrochemistry çok yönlülük bir çözümde elektrokimyasal işlemleri incelemek için kullanılabilir veya katı durum tipik bir deneysel hücrede veya hatta test gibi LED, piller, OPVs, çok katmanlı sağlam yapılar yatıyor vb.

Raman spektroskopisi şüphesiz dezavantajı ve ayrıca spectroelectrochemistry, bu onun sınırlaması nedeniyle sık sık spektrum analiz olanaksız kılıyor gözlenen floresan. Bu fenomen uyarma dalga boyu veya ön aydınlatma – fotoğraf ağartma değiştirerek ortadan bazı durumlarda olabilir.

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu sonuçlar için önde gelen araştırma Marie Skłodowska-Curie hibe Sözleşme No 674990 (EXCILIGHT) kapsamında Avrupa Birliği’nin ufuk 2020 araştırma ve yenilik programı fon aldı. Avrupa Birliği’nin ufuk 2020 araştırma ve yenilik programı Hibe Sözleşmesi No 691684 altında finanse ağ eylem teşekkür ediyoruz.

Materials

Potentiostat Metrohm Autolab PGSTAT100
Raman microscope Renishaw inVia
FT-IR Spectrometer  PerkinElmer  Spectrum Two 
Bu4NBF4 Sigma-Aldrich 86896
DCM Sigma-Aldrich 443484
Isopropanol Sigma-Aldrich 675431
Acetone Sigma-Aldrich 439126
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Gale, R. J. . Spectroelectrochemistry. Theory and practice. , (1988).
  2. Smith, E., Dent, G. . Modern Raman Spectroscopy – A Practical Approach. , (2005).
  3. Stuart, B. . Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. , (2004).
  4. Kaim, W., Klein, A. . Spectroelectrochemistry. , (2008).
  5. Nalwa, H. S. . Advanced Functional Molecules and Polymers. 2, (2001).
  6. Bullock, J. P., Boyd, D. C., Mann, K. R. In situ infrared spectroelectrochemistry studies of ferrocene, [Rh2(dimen)2(dppm)2](PF6)2 and (mes)Cr(CO)3 (dimen = 1,8-diisocyanomenthane; dppm = bis(diphenylphosphino)methane); mes = mesitylene). A useful technique for the characterization of electrochemically generated organometallic species. Inorg Chem. 26, 3084-3086 (1987).
  7. Lapkowski, M., Zak, J., Karon, K., Marciniec, B., Prukala, W. The mixed carbon-nitrogen conjugation in the carbazole based polymer; the electrochemical, UVVis, EPR, and IR studies on 1,4 bis[(E)2-(9H-carbazol-9-yl)vinyl]benzene. Electrochim Acta. 56, 4105-4111 (2011).
  8. Ashley, K., Pons, S. Infrared Spectroelectrochemistry. Chem Rev. 88, 673-695 (1988).
  9. Martin, H. B., Morrison, P. W. Application of a Diamond Thin Film as a Transparent Electrode for In Situ Infrared Spectroelectrochemistry. Electrochem Solid-State Lett. 4, 17-20 (2001).
  10. Kulesza, P. J., Malik, M. A., Denca, A., Strojek, J. In Situ FT-IR/ATR Spectroelectrochemistry of Prussian Blue in the Solid State. Anal. Chem. 68, 2442-2446 (1996).
  11. Visy, C. . In situ Combined Electrochemical Techniques for Conducting Polymers. , (2017).
  12. Lapkowski, M., Berrada, K., Quillard, S., Louarn, G., Lefrant, S., Pron, A. Electrochemical Oxidation of Polyaniline in Nonaqueous Electrolytes: "In Situ" Raman Spectroscopic Studies. Macromolecules. 28, 1233-1238 (1995).
  13. Santos, M. J. L., Brolo, A. G., Girotto, E. M. Study of polaron and bipolaron states in polypyrrole by in situ Raman spectroelectrochemistry. ElectrochimActa. 52, 6141-6145 (2007).
  14. Laba, K., et al. Electrochemically induced synthesis of poly(2,6-carbazole). Macromol Rapid Commun. 36, 1749-1755 (2015).
  15. Garreau, S., Louarn, G., Buisson, J. P., Froyer, G., Lefrant, S. In Situ Spectroelectrochemical Raman Studies of Poly (3, 4-ethylenedioxythiophene) (PEDT). Macromolecules. 32, 6807-6812 (1999).
  16. Mazeikiene, G., Niaura, G., Malinauskas, R. In situ Raman spectroelectrochemical study of redox processes at poly (Toluidine blue) modified electrode. ElectrochimActa. 53, 7736-7743 (2008).
  17. Lukkari, J., Kleemola, K., Meretoja, M., Ollonqvist, T., Kankare, J. Electrochemical post-self-assembly transformation of 4-aminothiophenol monolayers on gold electrodes. Langmuir. 14, 1705-1715 (1998).
  18. Ju, H., Xiao, Y., Lu, X., Chen, H. Electrooxidative coupling of a toluidine blue O terminated self-assembled monolayer studied by electrochemistry and surface enhanced Raman spectroscopy. J Electroanal Chem. 518, 123-130 (2002).
  19. Virdee, H. R., Hester, R. E. Surface-Enhanced Raman Spectroscopy of Thionine-modfied Gold Electrodes. Laser Chem. 9, 401-416 (1988).
  20. Itoh, T., McCreery, R. L. In situ Raman spectroelectrochemistry of electron transfer between glassy carbon and a chemisorbed nitroazobenzene monolayer. J Am Chem Soc. 124, 10894-10902 (2002).
  21. Rosario-Castro, B. I., Fachini, E. R., Hernández, J., Pérez-Davis, M. E., Cabrera, C. R. Electrochemical and surface characterization of 4-aminothiophenol adsorption at polycrystalline platinum electrodes. Langmuir. 22, 6102-6108 (2006).
  22. Piwowar, K., Blacha-Grzechnik, A., Turczyn, R., Zak, J. Electropolymerized phenothiazines for the photochemical generation of singlet oxygen. Electrochim Acta. 141, 182-188 (2014).
  23. Mazeikiene, R., Niaura, G., Eicher-Lorka, O., Malinauskas, A. Raman spectroelectrochemical study of Toluidine Blue adsorbed and electropolymerized at a gold electrode. Vib Spectrosc. 47, 105-112 (2008).
  24. Data, P., et al. Electrochemically Induced Synthesis of Triphenylamine-based Polyhydrazones. Electrochim Acta. 230, 10-21 (2017).
  25. 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. Vib Spectrosc. 71, 30-36 (2014).
  26. Baibarac, M., et al. SERS spectra of polyaniline thin films deposited on rough Ag, Au and Cu . Polymer film thickness and roughness parameter dependence of SERS spectra. Synth Met. 96, 63-70 (1998).
  27. Mazeikiene, R., et al. Raman spectroelectrochemical study of polyaniline and sulfonated polyaniline in solutions of different pH. Vib Spectrosc. 44, 201-208 (2007).
  28. Jiao, L. S., et al. In situ electrochemical SERS studies on electrodeposition of aniline on 4-ATP/Au surface. J Solid State Electrochem. 10, 886-893 (2006).
  29. Sun, S. G., Christensen, P. A., Wieckowski, A. . In-situ Spectroscopic Studies of Adsorption at the Electrode and Electrocatalysis. , (2011).
  30. Trznadel, M., et al. UV-VIS-NIR and Raman spectroelectrochemistry of regioregular poly(3-octylthiophene): comparison with its non-regioregular analogue. J Chem Soc, Faraday Trans. 92, 1387-1393 (1996).
  31. Kalbac, M., et al. Raman Spectroscopy and in Situ Raman Spectroelectrochemistry of Bilayer 12C/13C Graphene. Nano Lett. 11, 1957-1963 (2011).
  32. Jeanmaire, D. L., Van Duyne, R. P. Surface Raman spectroelectrochemistry: Part I. Heterocyclic, aromatic, and aliphatic amines adsorbed on the anodized silver electrode. J Electroanal Chem Inter Electrochem. 84, 1-20 (1977).
  33. Panitz, J. C., Joho, F., Novák, P. In situ Characterization of a Graphite Electrode in a Secondary Lithium-Ion Battery Using Raman Microscopy. Appl Spectrosc. 53, 1188-1199 (1999).
  34. Bonhomme, F., Lassègues, J. C., Servant, L. Raman Spectroelectrochemistry of a Carbon Supercapacitor. J Electrochem Soc. 148, 450-458 (2001).
  35. Vyörykkä, J., et al. Analysis of depth profiling data obtained by confocal Raman microspectroscopy. Appl Spectrosc. 57, 1123-1238 (2003).
  36. Rey, I., Bruneel, J. L., Grondin, J., Servant, L., Lassègues, L. S. Raman Spectroelectrochemistry of a Lithium/Polymer Electrolyte Symmetric Cell. J Electrochem Soc. 145, 3034-3042 (1998).
  37. Adar, F. Depth Resolution of the Raman Microscope: Optical Limitations and Sample Characteristics. Spectroscopy. Spectroscopy. , (2018).

Tags

Raman SpectroscopyIr SpectroscopySpectroelectrochemistryElectroconductive MaterialsElectrochemical ProcessesRedox ReactionsCyclic VoltammetryIndium Tin OxidePlatinum ElectrodeReference ElectrodeSupporting ElectrolyteAnolyteInert Gas PurgeIr Spectroelectrochemical Cell

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Blacha-Grzechnik, A., Karon, K., Data, P. Raman and IR Spectroelectrochemical Methods as Tools to Analyze Conjugated Organic Compounds. J. Vis. Exp. (140), e56653, doi:10.3791/56653 (2018).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image