Investigation of electrochromism process through ultrafast broadband spectroelectrochemistry
Yüksek hızlı geniş bant spektroelektrokimya ölçümleri ile elektrokromizm süreçlerinin incelenmesi
- Tez No: 658705
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK ÜLGÜT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Elektrokrmizm, İletken Polimerler, Geniş bantlı Spektroelektrokimya, Yüksek Hızlı Dönüşümlü Voltametri, UV-Görünür Spektroskopisi, Electrochromism, Conducting Polymers, Broadband Spectroelectrochemistry, Ultrafast Cyclic Voltammetry, UV-Visible Spectroscopy
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Elektrokromizm, elektrik potansiyeli uygulanmasıyla bir elektroaktif malzemedeki başlatılan redoks reaksiyonu nedeniyle tersinir olarak renk değişimidir. 1970'lerin sonlarında iletken polimerlerin keşfiyle, elektrokromik malzemelerin üzerindeki araştırma ilgisi büyüdü ve çeşitli kullanım alanları gittikçe önem kazanıyor. Elektrokromik malzemelerdeki renk değişimi süreci iki basamakta gerçekleşir. İlk olarak, elektrokromik maddennin yükseltgenmesi veya indirgenmesin için bir redoks reaksiyonu ve ardından, karşı iyonların yük dengeleme için difüzyon ile malzeme içerisine geçer. Örneğin, nötr bir iletken polimerin yükseltgenerek renk değiştirebilmesi için, önce uygun bir pozitif potansiyeli uygulanır. Polimer, heterojen elektron transferinden sonra elektronları kaybedip net bir pozitif yük kazanır. Oluşan bu pozitif yükü polimerin yükseltgenme devamlılığını engellenir. Bu pozitif yükü dengelemek için, çözeltiden anyonlar polimer matriksine geçer. Karşı iyonların difüzyon hızı elektron transferinden daha çok yavaş olduğundan, oksidasyon işleminin iyon taşınmasıyla hız sınırlı olduğu yaygın bir şekilde varsayılmaktadır. Çalışmanın temel amacı, bu varsayımı sorgulamaktır. Heterojen elektron transferinin iyon transferinden çok daha hızlı olduğu gerçeğine dayanarak, birkaç mikrosaniye kadar çok kısa zaman ölçeklerinde deneyler yapılmaktadır. Böyle kısa sürelerde, karşı iyonların elektrokromik malzemeye geçmesi için yeterli zaman olmayıp herhangi bir elektrokromizm belirtisi elektron transferinden kaynaklanmalıdır. Pozitif geri besleme direnç dengelenmesi eşliğinde yüksek hızlı dönüşümlü voltametri kullanarak, kV ila MV/s tarama hızlarına ulaşımaktadır. Bu çalışmada elektrokromik malzeme olarak poli (3,4-etilendioksitiofen) polistiren sülfonat (PEDOT:PSS) ince filmleri kullanılmaktayız. Polimer filmin renk değişiminin izlenmesinde, in situ UV-görünür spektroskopisi kullanılmaktayız. Polimerin redoks formları arasında çok hızlı dönüşülmekte olup, spektrumları ortalama modunda toplanmaktadır. Temel bileşen analiz algoritması kullanarak, bileşik spektrumları ayrıştırılır ve yüksek hızlı dönüşümlü voltametri deneyleri sırasında polimerin her bir redoks formundaki harcadığı zamanı hesaplanacak.
Özet (Çeviri)
Electrochromism is the reversible change in color of an electroactive material due to a redox reaction induced by the application of voltage. Electrochromic materials have gained much research attention since the discovery of organic conducting polymers in the late 1970s, with high prospects for diverse applications. Color change in electrochromic materials involves two processes. First, a redox reaction that leads to the oxidation or the reduction of the EC material. Then the intercalation of counter-ions into the material for charge balancing. For instance, to effect a color change in a neutral conducting polymer through oxidation, first, an oxidizing potential is applied and the polymer loses electrons in a heterogeneous electron transfer leading to a net positive charge creation. To achieve further oxidation, electroneutrality is partially restored by anions that diffuse from the bulk solution into the polymer. Since the diffusion rate of counter-ions is much slower than electron transfer, it is widely assumed that the oxidation process is rate-limited by ion transport. The main aim of this work is to put this assumption to test. Relying on the fact that heterogeneous electron transfer is much faster than ionic charge transfer, experiments at very short time scales down to a few microseconds are performed. Under such experimental conditions, counter-ions do not have enough time to move into the electrochromic material and any sign of electrochromism is due to electron transfer. Through Ultrafast Cyclic Voltammetry with online iR compensation, sweep rates in the order of kV/s to MV/s are reached. We used thin films of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) used as the electrochromic material in this work. In monitoring the color change of the polymer film, we employ in situ UV-visible spectroscopy. To keep up with the rapid conversion of the polymer between its redox forms, we collect spectra in aggregate mode where several spectra are averaged into a single spectrum. By using a principal component analysis algorithm, the compound spectra are decomposed and we calculate the time that the polymer spends in each of its redox forms during the Ultrafast Cyclic Voltammetry experiments.
Benzer Tezler
- Optimization of optical and electrochemical properties of PANI, PEDOT conducting polymers to design electrochromic device
PANI, PEDOT iletken polimerin elektrokromik cihaz tasarımı için optik ve elektrokimyasal özelliklerinin optimizasyonu
İSMAİL BÜTÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ESRA ÖZKAN ZAYİM
- Non periferal konumlarda florlu gruplar içeren tetra-sübstitüe ftalosiyaninlerin sentezi, fotofizikokimyasal ve biyolojik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis and investigation of photophysicochemical and biological activities of tetra substituted phthalocyanines containing fluorinated moieties on non-peripheral positions
ÇETİN ÇELİK
- Tellürit sistemlerin camlaşma davranışlarının,cam özelliklerinin ve termokromik davranışlarının incelenmesi
Investigation of glass formation behavior, glass properties and thermochromic behavior of tellurite systems
MİRAY ÇELİKBİLEK
Doktora
Türkçe
2013
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
- Termokromik özellik gösteren vanadyum oksit esaslı ince film kaplamaların sol-jel yöntemi ile hazırlanması ve karakterizasyonu
Preparation and characterization of vanadium oxide-based thermochromic thin films produced by sol-gel method
MELİS CAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜHEYLA AYDIN
YRD. DOÇ. DR. ALİ ERÇİN ERSUNDU
- Electrochemical investigations of ion transport in unconventional environments
Geleneksel olmayan ortamlarda elektrokimyasal iyon taşınmasının sorgulanması
CAN BERK UZUNDAL