Ultrafast spectroelectrochemıstry of mıxed ıonıc–electronıc polymerconductors
Karışık iyon–elektronik polimer iletkenlerin ultra hızlı spektroelektrokimyası
- Tez No: 969437
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURAK ÜLGÜT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- 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: Belirtilmemiş.
Özet
İletken polimerlerde elektron transferi ve anahtarlama mekanizmaları halen tam olarak aydınlatılamamıştır. Geleneksel elektrokimyasal yöntemlerden biri olan çevrimsel voltametri tek başına kullanıldığında, ölçülen akım hem polimerin redoks süreçlerinden hem de voltaja bağlı olarak değişen kapasitansın oluşturduğu kapasitif akımdan katkılar içerir. Bu nedenle, yalnızca redoks akımını izole etmek ek ayrıştırma yöntemleri gerektirir. Ayrıca, literatürde sıklıkla vurgulanan geleneksel anlayışa göre, iletken polimerlerde elektron transferi, polimerin yük nötrlüğünü sağlamak amacıyla elektrolitten polimer içine giren karşı iyonlarla eşleşen iyon-bağımlı bir mekanizma üzerinden gerçekleşmektedir. Bu tezde, bu geleneksel açıklamaya alternatif bir bakış açısı sunmak amacıyla operando ultrahızlı çevrimsel voltametri–UV–Vis spektroskopisi kullanılmıştır. Bu yöntemde, potansiyel belirli bir aralıkta çok yüksek hızlarda taranırken eşzamanlı olarak spektroskopik yanıt kaydedilmiştir. Tarama hızının 200,000 V/s seviyelerine çıkarılmasıyla karşı iyonların net yer değiştirmesi baskılanmış, bu koşullar altında gözlemlenen renk değişimi ise elektron transferinin iyon katılımı olmadan da gerçekleşebileceğini ortaya koymuştur. Bu amaç doğrultusunda elde edilen ultrahızlı çevrimlerden alınan ortalama spektroskopik yanıtlar temel bileşen analizi (PCA) ile en az sayıda bileşenine ayrılmış ve bu katsayıların tarama hızına bağımlılığı sistematik olarak incelenmiştir. Analizler sonucunda, artan tarama hızlarıyla birlikte daha oksitlenmiş ve daha indirgenmiş durumların görece ömürlerinin değiştiği; karşı iyon difüzyonunun sınırlanmasıyla dopinglemenin zorlaştığı ve bu nedenle indirgenmiş durumun katkısının arttığı görülmüştür. Ayrıca PCA katsayılarından türetilen optik yük değerlerinin yüksek tarama hızlarında dengeye ulaştığı sonucuna varılmıştır. Bu bulgular, iletken polimerlerde elektron transferinin, ultrahızlı potansiyel modülasyon koşullarında iyon hareketinden bağımsız olarak gerçekleşebileceğine dair doğrudan spektroskopik kanıtlar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
Electron transfer and switching mechanisms in conducting polymers remain an open question. When conventional electrochemical techniques such as cyclic voltammetry are employed alone, the measured current inevitably contains contributions from both the redox process of the polymer and the capacitive charging current arising from the voltage-dependent capacitance. Thus, isolating the pure redox current requires additional deconvolution methods. Furthermore, the conventional understanding, repeatedly emphasized in the literature, is that electron transfer in conducting polymers proceeds through an ion-coupled mechanism, in which counter-ions from the electrolyte penetrate into the polymer to maintain charge neutrality. In this thesis, we challenge this conventional description by employing operando ultrafast cyclic voltammetry–UV–Vis spectroscopy, in which the potential is rapidly scanned within a defined range while the spectroscopic response is simultaneously recorded. By extending the sweep rate up to 200,000 V/s, we aimed to suppress net counter-ion displacement. Under these conditions, the observed color change demonstrated that electron transfer can occur even in the absence of ion participation. To this end, operando ultrafast cyclic voltammetry–UV–Vis spectroscopy was utilized. The average spectroscopic responses obtained at ultrafast cycles were deconvoluted into their minimal components using principal component analysis (PCA), and the dependence of the resulting coefficients on the sweep rate was systematically examined. Analysis of these coefficients revealed that, with increasing sweep rate, the relative lifetime of the more oxidized and reduced states changes: counter-ion diffusion becomes increasingly limited, making doping less efficient and leading to a greater contribution from the reduced state. Moreover, optical charge values derived from the PCA coefficients approached steady-state at high sweep rates. These findings provide direct spectroscopic evidence that electron transfer in conducting polymers can proceed independently of ion motion under ultrafast potential modulation.
Benzer Tezler
- Investigation of electrochromism process through ultrafast broadband spectroelectrochemistry
Yüksek hızlı geniş bant spektroelektrokimya ölçümleri ile elektrokromizm süreçlerinin incelenmesi
MUSAH ZAKARIA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURAK ÜLGÜT
- Ultrafast spin dynamics in diluted magnetic semiconductor nanostructures
Seyreltilmiş manyetik yarıiletken nanomalzemelerde ultrahızlı spin dinamiği
MUHAMMET ARUCU
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ŞAHİN AKTAŞ
PROF. DR. ROY W. CHANTRELL
- Ultrafast laser-material processing in the ablation-cooled regime
Ablasyonla soğutulmuş bölgede ultrahızlı lazer malzemelerinin işlenmesi
NAZIFA TASNIM ARONY
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
ASSOC. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Ultrafast pattern based line detector for real time image processing
Gerçek zamanlı görüntü işleme için ultra hızlı desen tabanlı çizgi dedektörü
İSMAİL CAN YILMAZ
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÖK