Investigation on donor, acceptor and substituent effect on phthalimide and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione based donor-acceptor-donor type monomers and polymers
Verici, alıcı ve sübstitüent grupların ftalimid ve tiyeno[3,4-c]pirol-4,6-dion esaslı verici-alıcı-verici düzenindeki monomerler ve polimerler üzerindeki etkisinin araştırılması
- Tez No: 705420
- Danışmanlar: PROF. DR. AHMET MUHTAR ÖNAL, PROF. DR. ATİLLA CİHANER
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 326
Özet
Konjuge organik malzemeler, malzeme biliminin üstün fonksiyonel özelliklere sahip yarı iletkenlerin sentezi için gerekli yeni yapı bloklarının geliştirilmesine odaklanmış önemli bir dalını oluşturmaktadır. Bu yarı iletken sistemler sahip oldukları düşük maliyet, esneklik, ve işlenebilirlik gibi önemli özellikleriyle fotovoltaik, elektrokromik ve ekran teknolojisi gibi pek çok alanda uygulamaya sahiptir. Organik yarı iletkenlerin elektronik ve optik özelliklerini moleküler mühendislik ile değiştirmek mümkündür. Moleküler düzeyde uygulanabilecek en önemli stratejilerden biri alıcı-verici düzeninde yapılar oluşturmaktır. Bu yaklaşımla elektronca zengin ve fakir gruplar kullanılarak iletkenliği yüksek olan düşün bant aralıklı malzemeler elde etmek mümkündür. Tiyofen ve alkilendioksitiyofen türevleri, konjuge yarı iletkenlerin elde edilmesinde en çok kullanılan verici grupları oluşturan elektronca zengin yapılardır. Ftalimid (PI) ve tiyeno[3,4-c]pirol-4,6-dion (TPD) bileşikleri elektron çeken karbonil gruplarına sahip önemli iki farklı alıcı grubu oluşturmaktadır. Tiyofen bazlı verici grupların, PI ve TPD alıcı birimleriyle verici-alıcı-verici düzeninde eşleştirilmesi ile elde edilen düşük bant aralıklı bir dizi konjuge monomer bu tezde pek çok açıdan incelenecektir. Tezin ilk bölümü, elektronca fakir ftalimid biriminin polihedral oligomerik silseskuokzan (POSS) ve propil sübstitüentleri ile fonksiyonlandırılmasına ve modifiye edilmiş alıcı birimlerin tiyofen ve 3,4-etilendioksitiyofen (EDOT) verici birimleri ile birleştirilmesi sonucu verici-alıcı-verici tipinde monomer ve polimerlerin elde edilmesine ayrılmıştır. Sonrasında sübstitüent ve verici grupların bu konjuge malzemelerin optik ve elektronik özellikleri üzerinde etkisinin daha iyi anlaşılması için elde edilen verici-alıcı-verici düzenindeki monomer ve polimerler incelenmiştir. Tezin ikinci kısmı, TPD biriminin etilhekzil, POSS, azobenzen ve floren içeren dört farklı sübstitüentle modifikasyonuna odaklanmıştır. Bu sübstitüentlerden üçü ilk kez TPD alıcı birimine eklenmiştir. Bu işlevselleştirilmiş TPD alıcı birimleri, verici-alıcı-verici düzeninde konjuge organik monomerler oluşturmak için tiyofen, EDOT ve çözünür didesil zincirlerine sahip 3,4-propilendioksitiyofen (ProDOT) verici birimleri ile birleştirilmiştir. Verici-alıcı-verici konfigürasyonunda bu konjuge sistemlerin incelenmesi, farklı yapıdaki fonksiyonel sübstitüentlerin alıcı birim üzerindeki rolünün anlaşılması için büyük önem taşımaktadır. Ayrıca, bu sistemlerin optoelektronik özellikleri, yukarıda belirtilen fonksiyonel sübstitüentlerin yanı sıra verici birimlerin etkisini de aydınlatmak için araştırılmıştır. Son olarak, bu TPD bazlı verici-alıcı-verici düzenindeki yapılar, alıcı grubun optoelektronik özellikler üzerindeki etkisini görmek için PI bazlı benzerleri ile karşılaştırılmıştır. Tezin üçüncü ve son bölümünde ise verici-alıcı-verici düzenindeki PI alıcı birim modifiye edilerek yeni bir çekirdek birimin oluşturulması sağlanmıştır. Bu modifikasyon, alıcı kısmın imid fonksiyonel grubunun diimide dönüştürülmesiyle sağlanmıştır. Elde edilen yeni sistem, hem diimid fonksiyonel grup hem de benzen halka yapısının, alıcı birim üzerindeki yapısal etkisine ışık tutmak için ayrıca araştırılmıştır. Sentezlenen yeni sistemin optoelektronik özelliklerinin yanı sıra sahip olduğu kemilüminesans karakter de araştırılmıştır. Modifiye edilmiş çekirdek birimi içeren bu sistem için elde edilen optoelektronik özellikler, modifiye edilmemiş sistem için olanlarla birlikte karşılaştırmalı olarak rapor edilmiş ve tüm sonuçlar teorik hesaplamalarla da desteklenmiştir. Bu tezde, verici ve alıcı birimlerin bant aralığı, nötr durum rengi ve elektrokromik performans gibi elektrokimyasal ve optik davranışlar üzerinde anahtar rol oynadığı, sübstitüentlerin ise polimerlerin optoelektronik özelliklerini önemli ölçüde değiştirmediği bulunmuştur. Ayrıca, verici birimlerin polimerlerin elektrokimyasal ve optik bant aralığı değerlerine etkisi araştırılmış, verici birimin gücüne bağlı olarak her serinin aynı eğilimi izlediği bulunmuştur (Eg,Thiophene > Eg,ProDOT > Eg,EDOT ). Monomerlerin yükseltgenme potansiyelleri için de benzer bir eğilim tespit edilmiştir. Alıcı birimlerin optoelektronik özellikler üzerindeki etkisi araştırıldığında, TPD esaslı polimerler için PI esaslı polimere kıyasla daha iyi sonuçlar gözlemlenmiştir. Bu çalışma ayrıca, PI ve TPD gibi alıcılara, optoelektronik özelliklerini değiştirmeden yeni fonksiyonel gruplar takılarak yeni işlevsellikler kazandırılabileceği gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
Conjugated organic materials comprise a major field of material chemistry focused on the improvement of new building blocks for the synthesis of novel semiconducting materials with advanced functional properties. Such semiconducting systems have the advantage of low cost, solution processability and flexibility and find many applications in the field of plastic photovoltaics, electrochromics and display technologies. The electronic and optical features of these semiconducting organic materials can be tailored via molecular engineering. One of the most effective strategy for engineering at molecular level is utilizing donor-acceptor approach. This approach uses electron rich and electron deficient units to provide highly conductive and low band gap materials. Thiophene and its alkylenedioxythiophene derivatives are popular electron rich building blocks to construct donor units for conjugated semiconducting materials. Phthalimide (PI) and thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (TPD) compounds comprise two different classes of acceptor units having electron-withdrawing carbonyl groups. The pairing of thiophene based donors with PI and TPD acceptor units in donor-acceptor-donor configuration generates a series of conjugated monomers with a reduced energy gap to be investigated in this thesis from different perspectives. The first part of the thesis is dedicated to the modification of the electron deficient PI acceptor unit with two different side groups including polyhedral oligomeric silsesquioxane (POSS) and propyl functions and then the coupling of these novel PI acceptors with thiophene and 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) donor units to obtain donor-acceptor-donor type monomers and their corresponding polymers. The final effort is dedicated to the investigation of the monomers and polymer within the donor-acceptor-donor configuration to provide an improved understanding of substituent and donor effect on optical and electronic properties of these conjugated materials. The second part of the thesis focused on the modification of TPD unit through functionalization with four different side groups involving ethylhexyl, POSS, azobenzene and fluoerene. Three of these side groups were appended into TPD acceptor unit for the first time. These functionalized TPD acceptor units were combined with thiophene, EDOT and highly soluble didecyl-substituted 3,4-propylenedioxythiophene (ProDOT) donor units to construct donor-acceptor-donor type conjugated organic frameworks. The investigation of these conjugated systems in donor-acceptor-donor configuration has provided a deep insight on evaluating the role of different types of functional side groups on the acceptor unit. Furthermore, optoelectronic features of these systems were investigated to elucidate the effect of aforementioned functional side groups as well as donor units. Lastly, these TPD-based donor-acceptor-donor architectures were compared with the previously synthesized PI-based analogs to unveil the effect of the acceptor group on optoelectronic properties. In the third and last part of the thesis, the formation of a new core unit was achieved by modifying PI acceptor unit within donor-acceptor-donor configuration. This modification is achieved by converting imide functional group of the acceptor moiety into diimide. The obtained novel system was further investigated to shed light on the structural effects of both diimide functional group and benzene ring structure on the acceptor units. The chemiluminescence characteristics of the newly synthesized system was also investigated as well as its optoelectronic properties. The optoelectronic data obtained for the trimeric system with the modified core unit was reported together with the unmodified ones for comparision sake and all the results were also supported by computational calculations. In this dissertation, it was found that donor and acceptor units play key roles on the electrochemical and optical behaviors such as band gap, neutral state color, and electrochromic performance while the substituent does not significantly change optoelectronic properties of polymers. Also, the effect of donor units on the electrochemical and optical band gap values of polymers were investigated, it was found that each series follow the same trend depending on the strength of donor unit (i.e. Eg,Thiophene > Eg,ProDOT > Eg,EDOT ). A similar trend was also detected for the oxidation potentials of the monomers. When the effect of acceptor units on the optoelectronic properties were investigated, it was found that more improved results were observed for TPD-based polymers as compared to PI-based polymer. This study also shows that the acceptor such as PI and TPD can be modified by any functional group to impart new functionalities without altering their optoelectronic properties.
Benzer Tezler
- 1,3-dimetil-5-(arilazo)-6-amino-urasil türevlerini içeren azo boyar maddelerin solvatokromik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of solvatochromic properties of azodyes containing 1-3-dimethyl-5-(arylazo)-6-aminouracil derivatives
AHMET TURAN EKİCİ
- Bazı heterohalkalı organik bileşiklerin sentezleri ve spektroskopik incelemeleri
Başlık çevirisi yok
SERAP ALP
- Karbonil fonksiyonu içeren heterohalkaların atom ekonomik sentezi
Atom economical synthesis of heterocycles having carbonyl function
HATİCE NUR KUBİLAY
Doktora
Türkçe
2021
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OLCAY ANAÇ
DOÇ. DR. GÖKÇE MEREY
- Bazı azo boyar maddelerin absorbsiyon spektroskopisinin deneysel ve teorik incelenmesi
The experimental and theoretical investigation of absorption spectroscopy of some azo dyes
YADİGAR GÜLSEVEN SIDIR
Doktora
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEMİL ÖĞRETİR
YRD. DOÇ. DR. EROL TAŞAL
- Difenilamin temelli yeni azo boyar maddelerin sentezi ve fotofiziksel özelliklerinin incelenmesi
Investigation of synthesis and photophysical properties of diphenylamin based new azo dye
TUĞÇE AKSUNGUR
