Um protocolo de análise de spectroelectrochemical Raman e IR passo a passo é apresentado.
O trabalho apresentado, duas técnicas de spectroelectrochemical são discutidas como ferramentas para a análise das mudanças estruturais que ocorrem na molécula no nível de energia vibracional. Raman e IR spectroelectrochemistry podem ser usados para caracterização avançada das mudanças estruturais nos compostos orgânicos eletroativos. Aqui, a análise passo a passo por meio de spectroelectrochemistry Raman e IR é mostrada. Ou seja, Raman e IR spectroelectrochemical técnicas fornecem informações complementares sobre mudanças estruturais que ocorrem durante um processo electroquímico, permite a investigação de processos redox e seus produtos. São apresentados exemplos de análise de spectroelectrochemical IR e Raman, na qual os produtos das reações redox, tanto na solução e no estado sólido, são identificados.
A combinação de técnicas espectroscópicas e eletroquímicas permite a possibilidade de rastrear as mudanças estruturais nas moléculas presentes na superfície do eletrodo, ou em solução, assim, investigar o mecanismo dos processos eletroquímicos. Spectroelectrochemical métodos são normalmente usados para o estudo em situ do mecanismo da reação. A vantagem inquestionável sobre medições ex situ é a possibilidade de observar o sinal resultante para os produtos intermédios de processos ou investigar os processos, em que os produtos não podem ser separados1. Entre todos, espectroscopia, o Raman e espectroscopia de infravermelha é os mais poderosos para a análise de processos eletroquímicos, devido à disponibilidade dos equipamentos e a natureza frequentemente não-destrutiva das medições.
Infravermelho e Espectroscopia Raman fornece informações sobre a estrutura vibracional das espécies e, portanto, as ligações químicas existentes. Desde que a natureza dos sinais observados em ambas as técnicas é diferente, algumas vibrações podem ser ativas somente em espectros de infravermelhos ou Raman, tornando-os complementares para os outros2. Isso deve ter em conta, ao planejar spectroelectrochemical análise e, se possível, a estrutura vibracional de um analito deve ser examinada usando Espectroscopia Raman tanto IR. Os melhores resultados são obtidos quando as alterações na estrutura são o resultado do processo eletroquímico, envolvendo ativos na técnica de determinados grupos. Por exemplo, a espectroscopia de infravermelho seria ideal para processos que envolvam -CO, – CN-n ou formação ou ruptura3 dos grupos -NH. Sempre é recomendável registrar diferenciais espectros do inquérito spectroelectrochemical. Além disso, tais espectros divulgar alterações em sinais com menor intensidade, permitindo o acompanhamento das alterações na estrutura dos sistemas aromáticos. Além disso, espectros diferenciais são sempre menos complexas como mudanças somente são registradas, que facilita a interpretação dos espectros.
IR spectroelectrochemical experimentos são usados principalmente para o monitoramento dos produtos solúveis, intermediários e reagentes das reações eletroquímicas; tais testes podem ser executados em vários sistemas, incluindo orgânicos, inorgânicos, ou sistemas bioquímicos,3,4,5,6,7,8. Se deve sempre lembrar que, no caso de espectroscopia de IR, solventes na qual hidrogênio ligação ocorre, como água, devem ser evitados.
Existem várias maneiras para prosseguir com medidas IR e Raman. No caso de espectroscopia de IR, medições podem ser feitas no modo de transmissão, em que podem ser usadas convencionais cubetas IR para líquidos. Os eletrodos opticamente transparentes (por exemplo, eletrodo de diamante dopado com boro) ou eletrodos perfurados (eletrodo de trabalho de metal gaze) feitos de metal fino (Pt ou Au) são usados geralmente como os eletrodos de trabalho em tais células de transmissão4, 9. Um exemplo da célula spectroelectrochemical transmissão é apresentado na Figura 1.
A segunda técnica, ao invés de transmissão, o modo de reflectância é aplicado, graças a ATR (reflexão Total atenuada) anexo10. Este método permite analisar tanto soluções e materiais de estado sólidos. Normalmente quando usando o método de espectroscopia de absorção de reflexão externa, em princípio, qualquer eletrodo de trabalho pode ser usado, mas única espécie dissolvido pode ser investigado. No entanto, em alguns casos, a técnica ATR permite também para a investigação de processos no estado sólido, usando o método de reflexão interna5,8. Uma cela especial é necessária para esta técnica, em que o metal bem provido no cristal ATR atua como um eletrodo de trabalho (Figura 2). Em alguns casos, até mesmo o próprio cristal ATR Ge pode agir como um eletrodo (pelo menos para correntes não muito altas)5.
A segunda técnica é spectroelectrochemistry Raman; uma técnica que combina tanto eletroquímica e Espectroscopia Raman, comumente utilizados na investigação das mudanças estruturais potencialmente induzida na camada depositada de polímeros conjugados11, como polianilina12, polypyrroles 13, polycarbazole14 ou PEDOT15. Adicionalmente aos filmes poliméricos, monocamadas podem ser também testado19,20,21, embora neste caso a substratos metálicos, como ouro ou platina, são preferidos. O procedimento de estudos de spectroelectrochemical Raman é analógico para outras técnicas de spectroelectrochemical, ou seja, um espectrômetro deve ser combinada com um potentiostat e os espectros do filme são adquiridos nas condições de potentiostatic sob aplicada18. dos vários potenciais Normalmente, a célula spectroelectrochemical três-elétrodo pode ser construída baseado na cubeta de quartzo clássica com eletrodos montados em um suporte de Teflon (Figura 3). Os parâmetros de aquisição, como o tipo do laser, grades, etc., dependem as propriedades da camada investigada. Seleção de alguns parâmetros pode ser muito difíceis, por exemplo, um tem de se lembrar que vários comprimentos de onda de excitação podem resultar em diferentes espectros. Geralmente, a maior energia de luz incidente mais detalhes são visíveis no espectro, mas também o maior risco de fenômenos de fluorescência que dificulta a análise. Geralmente, é muito útil obter espectros de UV-Vis-NIR da substância a analisar em primeiro lugar, a fim de selecionar o Raman laser de excitação. Os lasers sintonizáveis podem ser ajustados para que o comprimento de onda de excitação induz a coincidência com uma transição eletrônica da molécula, resultando na ressonância de Raman espalhamento. Neste caso, a intensidade de espalhamento Raman crescente nas regiões escolhidas dos espectros ou mesmo formação de novos sinais observa-se que não deve ser registrado normalmente. A análise das mudanças estruturais consiste na atribuição de gravado Raman bandas, que pode ser feito com base em dados de literatura ou DFT simulações23.
Tanto IR e Raman técnicas são recomendadas para a investigação sobre as mudanças estruturais que ocorrem sob potencial aplicada e para a investigação dos produtos da reação redox. No entanto, do ponto de vista prático, a Espectroscopia Raman é mais prática como uma ferramenta analítica em tais experiências. Spectroelectrochemistry Raman dá mais possibilidades, como também pode ser aplicado a amostras com ligações apolares. Isso tem sido, portanto, utilizado com sucesso para a investigação de materiais de carbono, polímeros, baterias, etc. 29 , 30 , 31 , 32 , 33 desde que a luz espalhada é medida substancialmente em Espectroscopia Raman, há geralmente sem limites no material do eletrodo de trabalho ou construção. Além disso, como usado aqui, luz incidente (UV-Vis-NIR) é mal absorvido pelo vidro, que permite a utilização de uma célula eletroquímica padrão. A grande vantagem é também a possibilidade da realização de medições fora o espectrômetro através de fibra óptica. Para registrar um espectro de Raman, a luz incidente precisa ser focada corretamente na amostra. Centrando-se o feixe de luz em diferentes localizações na célula de medição, pode decidir-se se as alterações na composição química ocorrem na solução, por exemplo. são seguidos de perto do eletrodo, ou nas espécies adsorvidas na superfície do eletrodo.
O uso da Espectroscopia Raman com uma resolução adequada também permite o estudo do perfil das amostras sólidas, ou na superfície ou nas suas profundezas, também nas estruturas multicamadas. 34 , 35 , 36 , 37 um pode, portanto, obter informações sobre a topografia da superfície, a distribuição das diferentes espécies químicas na superfície ou em secção transversal. Spectroelectrochemistry Raman permite rastreamento em situ das mudanças de todas estas características durante os processos redox e assim estimar a qualidade das camadas individuais, a durabilidade do sistema durante vários ciclos de oxidação/redução, ou estudando a difusão em estruturas multicamadas. A versatilidade de Raman spectroelectrochemistry reside no fato de que ele pode ser usado para examinar ambos os processos eletroquímicos em solução ou estado sólido em uma típica célula experimental ou até mesmo testar multicamadas estruturas sólidas como LEDs, pilhas, OPVs, etc.
A desvantagem inquestionável de Espectroscopia Raman e, assim, também o spectroelectrochemistry, é sua limitação devido à fluorescência observada, que muitas vezes torna impossível analisar o espectro. Este fenômeno pode ser em alguns casos eliminados alterando o comprimento de onda de excitação ou preliminar iluminação – foto-branqueamento.
The authors have nothing to disclose.
A pesquisa que conduz a estes resultados recebeu financiamento do programa de pesquisa e inovação de Horizonte 2020 da União Europeia no âmbito do acordo de concessão de Marie Skłodowska-Curie n 674990 (EXCILIGHT). Agradecemos a rede ação financiada a partir do programa da União Europeia Horizonte 2020 investigação e a inovação sob concessão acordo n 691684.
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 |