Synthesis and characterization of conjugated polymers with polyhedral oligomeric silsesquioxane pendant groups
Polihedral oligomerik silseskuokzan grupları asılı konjüge polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 489417
- Danışmanlar: PROF. DR. CEVDET KAYNAK, PROF. DR. ATİLLA CİHANER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Chemistry, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Polimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 179
Özet
Bu tezde, kovalent bağ ile bağlı polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) sarkıt grupları asılı monomerler tasarlanmış ve sentezlenmiştir. POSS grubu 1nm'den 3 nm'ye kadar çapa sahip hibrit organik-anorganik bir yapıdır. Kafes yapısına sahip POSS genellikle köşelerinde silicon (Si) ve kenar ortalarında oksijen (O) atomlarından oluşmaktadır. POSS yapıların köşelerinden bağlanabilen organik fonksiyonel gruplar ile çeşitlendirilebilir. POSS yapıları katıldıkları matrise termal dayanıklılık, mekanik dayanım, elektrokimyasal kararlılık gibi farklı özellikler sunarlar. Bu gruplar monomerlere kimyasal olarak bağlanmış ve POSS biriminin polimerlerin elektrokimyasal ve optiksel davranımına, termal kararlılığına ve çözünürlüğe olan olası etkileri incelenmiştir. Alkil sübstitüeli POSS kafes yapısı 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT-POSS), 3,4-propilendioksitiyofen (ProDOT-POSS) ve 3,4-etilendioksiselenofen (PEDOS-POSS) ile birleştirilmiştir. EDOT-POSS monomerinin kimyasal ve de elektrokimyasal yollarla polimeri (PEDOT-POSS) elde edilmiş ve ilgili polimelerin çözünür olduğu bulunmuştur. Hem kimyasal hem de elektrokimyasal olarak elde edilen polimerlerin diklorometan, kloroform, tetrahidrofuran gibi genel organik çözücülerde çözünür olduğu görülmüştür. PEDOT-POSS (1.71 eV, λmaks= 618 nm) PEDOT'a göre (1.60 eV, λmaks= 627 nm) bir miktar yüksek bant aralığına sahip çıkmıştır ve PEDOT- POSS, PEDOT ile kıyaslandığında beklenildiği gibi daha yüksek optik zıtlık (618 nm'de 74%) ve renklenme etkinliği (582 cm2/C, 100% anahtarlanmada), daha düşük anahtarlanma süresi (0,9 saniye), daha yüksek elektrokimyasal kararlılık (normal çevre koşullarında 5000 döngü sonrası elektroaktivitesinin %93'ünü korumuştur. Bunlara ek olarak PEDOT-POSS polimerinin fotokatalitik aktivitesi de araştırılmıştır. Boya giderimi çalışmasında daha kısa süre mor ötesi ışığa maruz bırakılarak PEDOT ana polimerine kıyasla daha iyi sonuç verdiği gözlenmiştir. PEDOT polimeri 1 saat içerisinde %95 giderim sağlarken PEDOT-POSS polimeri boyanın neredeyse tamamını gidermiştir. Ayrıca, ProDOT-POSS kimyasal ve elektrokimyasal olarak polimerleştirilmiş ve elde edilen polimerlerin çözünür oldukları görülmüştür. Kimyasal ve elektrokimyasal olarak elde edilen polimerler tolüen, diklorometan ve kloroform vb. gibi genel organik çözücülerde tamamen çözünürdürler. Polimerlerin film halinde ya da çözelti halinde hem elektrokimyasal hem de kimyasal olarak katkılanması ve katkılanmaması mümkündür. Elekroaktif polimer 555 nm maksimum soğurma bandı ile 1.95 eV bant aralığına sahiptir. Çözünür polimer tolüen içerisinde 605 nm'de merkezlenmiş kırmızımsı turuncu emisyona sahiptir. Bunlara ek olarak PProDOT-POSS polimeri 555 nm'de %55 yüzde geçirgenlik değerine, yükseltgen halde yüksek saydamlığa, düşük anahtarlanma süresine (~1.0 s) ve yüksek renklenme etkinliğine (504 cm2/C, 95% anahtarlanma) sahiptir. Son olarak, elektroaktif EDOS-POSS monomeri kimyasal ve elektrokimyasal yöntemler ile başarılı bir şekilde polimerleştirilmiştir. Hem kimyasal hem de elektrokimyasal polimerlerin tetrahidrofuran, tolüen, diklorometan ve kloroform vb. gibi genel organik çözücülerde çözünür olduğu gözlemlenmiştir. PEDOS-POSS polimeri nötr halde saf mavi, yükseltgen halde ise oldukça saydam elektrokromik davranım göstermiştir. Ana PEDOS polimeri (λmaks= 673 nm'de 1,40 eV) ile kıyaslandığında PEDOS-POSS polimeri (λmaks= 668 nm and 724 nm'de 1,50 eV) birmiktar yüksek bant aralığına sahip olduğu gözlemlenmiştir. Polimer iskeletinde bulundurduğu POSS kafes yapıları sayesinde PEDOS-POSS %59 optik zıtlık, %95 anahtarlanmada 593 cm2/C renklenme etkinliği ve 0,7 saniye anahtarlanma süresine sahiptir. Ayrıca polimer pembemsi turuncu emisyon ile floresan özellik de göstermiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a series of monomers covalently bonded to polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) pendant group was designed and synthesized. POSS group is a hybrid organic-inorganic nanostructure with 1 to 3 nm diameter. POSS which has a cage structure is mainly composed of silicon (Si) (at vertices) and oxygen (O) (in the middle of the edge). POSS nanostructure can be modified through the vertices with organic functional groups. POSS groups provide different properties, such as thermal robustness, mechanical endurance, electrochemical stability etc. to the matrices in which they are added. These groups are attached to the monomers chemically and the possible effects of the POSS units on electrochemical and optical behaviors, thermal stability and solubility of the polymers have been investigated. Alkyl-substituted POSS cage is combined with 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT-POSS), 3,4-propylenedioxythiophene (ProDOT-POSS) and 3,4-ethylenedioxyselenophene (EDOS-POSS). Chemical and electrochemical polymerizations of EDOT-POSS monomer were achieved successfully and the resulting polymers (PEDOT-POSS) were found to be soluble. Both chemically and electrochemically obtained polymers are soluble in common organic solvents like dichloromethane, chloroform, tetrahydrofuran etc. PEDOT-POSS has somewhat higher band gap (1.71 eV with λmax= 618 nm) than its parent PEDOT (1.60 eV with λmax= 627 nm) and as expected PEDOT-POSS exhibits higher optical contrast (74% at 618 nm) and coloration efficiency (582 cm2/C for 100% switching), lower switching time (0.9 s), higher electrochemical stability (93% of its electroactivity retains after 5000 cycles under ambient conditions) when compared to PEDOT. Photocatalytic activity of PEDOT-POSS polymer on dye removal was also investigated. When compared to parent PEDOT polymer, PEDOT-POSS showed better performance on removal of dye in shorter exposure time to UV light. While PEDOT can remove 95% of the dye in an hour, PEDOT-POSS can remove nearly all the dye in the same period of time. In addition, ProDOT-POSS was also polymerized chemically and electrochemically resulting in soluble polymers (PProDOT-POSS). Both chemically and electrochemically obtained polymers were completely soluble in common organic solvents like toluene, dichloromethane, chloroform, tetrahydrofuran, etc. It is possible to dope and dedope the polymers successfully in film and solution forms via both chemical and electrochemical methods. Electroactive polymer film has a band gap of 1.95 eV with a maximum absorption band at 555 nm. Also, soluble polymers have a reddish orange emission centered at 605 nm in toluene solution. Furthermore, PProDOT-POSS polymers have a percent transmittance change of 55% at 555 nm, high transparency at oxidized state, low switching time (~1.0 s) and high coloration efficiency (504 cm2/C for 95% switching). Finally, electroactive EDOS-POSS monomer was successfully polymerized via both chemical and electrochemical methods. The obtained polymer called PEDOS-POSS was solution-processable and soluble in common organic solvents like tetrahydrofuran, toluene, dichloromethane, chloroform, etc. PEDOS-POSS polymer exhibited electrochromic behavior: pure blue when neutralized and highly transparent when oxidized. When compared to the parent PEDOS (1.40 eV with λmax= 673 nm), the polymer film has a somewhat higher band gap (1.50 eV with λmax= 668 nm and 724 nm). Also, PEDOS-POSS exhibited high optical contrast ratio (59%) and coloration efficiency (593 cm2/C for 95% switching) with a low switching time (0.9 s) due to the presence of POSS cage in the polymer backbone. Furthermore, the polymers exhibited fluorescent properties and exhibited a pinkish orange emission centered about at 640 nm.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of benzodithiophene containing conjugated polymers for organic bulk heterojunction solar cells
Organik bulk heteroeklem güneş pilleri için benzoditiyofen içeren konjüge polimerlerin sentezi ve karakterizasyonu
SULTAN TAŞKAYA ASLAN
- Synthesis and characterization of composites by polymerization of pyyrole and N-phenyl pyrrole on poly(acrylonitrile-co-acrylic acid) matrix
Pirol ve N-fenil pirol'ün poli(akrilonitril-ko-akrilik asit) matrisinde polimerizasyonu ile kompozit sentezi ve karakterizasyonu
NAZİF UĞUR KAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. A. SEZAİ SARAÇ
- Tiyofen türevi yeni tip iletken polimerlerin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of a new type thiophene derivated conducting polymers
ERSEN TURAÇ
Doktora
Türkçe
2010
Polimer Bilim ve TeknolojisiNiğde ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN YÜRÜK
- Synthesis and characterization of novel quinoxaline-based and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione-based conjugated polymers and their applications in organic electronics
Özgün kinoksalin tabanlı ve tiyeno[3,4-c]pirol-4,6-diyon tabanlı konjuge polimerlerin sentezi, karakterizasyonu ve organik elektronikteki uygulamaları
ALİEKBER KARABAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMRULLAH GÖRKEM GÜNBAŞ