Furan tabanlı yeni bir monomer ile elektrokimyasal homo ve kopolimerizasyon yöntemi kullanılarak düşük bant aralıklı polimerlerin sentezi
Synthesis of low band gap polymers via homo or copolymerization using a novel furan based monomer
Yazar: EJMER YAVUZ
Danışman: YRD. DOÇ. DR. MERVE İÇLİ ÖZKUT
Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
İletken polimerler, anorganik malzemelere göre bir takım üstün özelliklerinden (yalnızca monomerik birimin tasarlanması ile polimerin optik ve elektronik özelliklerinin düzenlenebilmesi, birçok rengi tek bir malzeme ile elde edebilmesi, kolay ve ucuz sentez yöntemleri ve kolaylıkla işlenebilmeleri gibi) dolayı, günümüzde güneş pillerinde, tranzistörlerde, biosensörlerde, gaz sensörlerinde, ışık saçan diyotlarda, telekominikasyon uygulamalarında, elektrokromik ekranlarda/ aynalarda/ pencerelerde/ kağıtlarda, kamuflaj malzemesi olarak sıkça kullanılmaktadır. Bu noktada en önemli kısım polimerin sentezleneceği monomerin tasarımının amaca uygun yapılıp, daha sonra da polimerleşmenin gerçekleştirilmesidir
Bugüne kadar monomer tasarımı için biçok yöntem denenmiş, ancak bunların içerisinde en etkin şekilde sonuç veren yöntemin Elektron Sunucu-Elektron Alıcı- Elektron Sunucu (V-A-V) yöntem olduğu görülmüştür. Bu yöntemde, yükseltgenme potansiyeli istenen değerde olan bir elektron sunucu (V) ile indirgenme potansiyeli istenen değerde olan bir elektron alıcı (A) birleştirilerek monomer yapısı tasarlanır. Burada amaç, uygun V ve A grupları seçilerek mümkün olduğunca LUMO (En Düşük Enerjili Boş Molekül Orbitali) seviyesini aşağıya indirip, HOMO (En Yüksek Enerjili Dolu Molekül Orbitali) seviyesini de yukarıya çıkartarak polimerin bant aralığını düşürmektir. Bu çalışmada da V-A-V yöntemi monomer tasarımı için kullanılmıştır. 6,7-difenil-[1,2,5]tiyadiazolo[3,4-g]kinoksalin grubunun A, furanın ise V olarak yer aldığı yeni bir monomer (1) ve bunun polimeri (P1) sentezlenmiştir. 1 monomerinin EDOT ile kopolimerizasyonundan P(1-ko-EDOT) kopolimeri sentezlenmiştir. P1 ve P(1-ko-EDOT)'un bant aralıklarının (0,85 eV P1 için ve 1,1 eV P(1-ko-EDOT) için) oldukça düşük olduğu ve elektrokromik özellik gösterdikleri görülmüştür. P(1-ko-EDOT) kopolimerinin elektrokromik özellikleri değerlendirildiğinde özellikle kamuflaj uygulamaları için uygun bir malzeme olacağı düşünülmektedir.

Anahtar kelimeler: Benzobis(tiyadiazol), Düşük bant aralıklı polimer, Elektron sunucu-elektron alıcı- elektron sunucu yöntem, Elektrokopolimerizasyon, Kinoksalin, Multikromizm

Abstract:
Since conducting polymers have some priorities (such as via just designing monomeric unit it should be possible to adjust optical and electronic property of the polymer, obtaining multi color with a single material, easy and cheap synthesis method, easy processing) over inorganic materials, recently they have been frequently used or planned to be used in solar cells, transistors, biosensors, gas sensors, light emitting diodes, telecommunications applications, electrochromic diplays/ windows/ papers, camouflage materials. In this point, the most important part is to design the monomer structure used for synthesis of the polymer according to the purpose and then to do polymerization. Up to now many methods have been used to design the monomer, however, it was observed that the most efficient method is the Donor-Acceptor-Donor (D-A-D) method. In this method, design is done with a donor (D) molecule having desired oxidation potential and an acceptor (A) molecule having desired reduction potential. The purpose is that, choosing the proper D and A molecule to lower LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) level and also to increase the HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) level as a result with a decrease in the band gap of the polymer. In this study, D-A-D method was used to design monomer structure. A novel monomer (1) and its corresponding polymer (P1) in which 6,7-diphenyl-[1,2,5] thiadiazolo[3,4-g]quinoxaline was used as an A and furan was used as a D were synthesized. P(1-co-EDOT) copolymer was syntesized from 1 and EDOT. It was observed that band gap of P1 and P(1-co-EDOT) are highly narrow (0.85 for P1 and 1.1 eV for P(1-co-EDOT)) and they showed an electrochromic behavior. It is thought that copolymer, P(1-co-EDOT), is amenable for camouflage applications according to its electrochromic behavior.

Keywords: Donor-acceptor-donor approach, Benzobis(thiadiazole), Quinoxaline, Low band-gap polymer, Multichromism, Electrocopolymerization