Pirolün asetonitril çözeltisinde, piridin karboksilik asitlerin varlığında, elektrokimyasal polimerizasyonu ve elde edilen polipirol filmlerinin karakterizasyonu
Electrochemical polymerization of pyrrole in acetonitrile solution presence of pyridine carboxylic acids and characterization of obtained polypyrrole films
Yazar: DERYA KIZILELMA
Danışman: PROF. DR. KADİR PEKMEZ
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Analitik Kimya Ana Bilim Dalı / Kimya Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektropolimerleşme = Electropolymerization ; Karboksilik asitler = Carboxylic acids ; Piridin = Pyridine

Özet:
En çok çalışılan iletken polimerlerden biri olan polipirol, pirol monomerinin yükseltgenmesiyle sulu ve susuz çözeltilerde kimyasal ya da elektrokimyasal yolla kolaylıkla elde edilebilir. Elektrokimyasal polimerizasyonla polipirol elde etmek için uygun bir yöntemle; sabit akımla veya potansiyel taraması yoluyla pirol monomerini yükseltgeyip pirol radikali oluşturarak polimerizasyon başlatılır.

İlk kez bu çalışmada piridin karboksilik asit türevleri varlığında polipirolün elektropolimerizasyonu gerçekleştirildi. Bu amaçla nikotinik asit, pikolinik asit, quinaldik asit, izonikotinik asit, 2,4 piridindikarboksilik asit, 2,5 piridindikarboksilik asit, 2,6 piridindikarboksilik asit, 3,4 piridindikarboksilik asit ve 3,5 piridindikarboksilik asit kullanıldı.

Öncelikle dönüşümlü voltametri tekniği (potansiyodinamik) ile uygun polimerizasyon koşulları belirlendi. Polimerizasyon, asetonitril çözeltisi içinde, TBABF4 destek elektroliti varlığında, farklı gerilim aralıklarında, farklı pirol derişimlerinde ve her bir piridin karboksilik asit türevinin farklı derişimleri denenerek yapıldı. Polimerizasyon çözeltisi asetonitril ve TBABF4 destek elektrolit dışında %1 su ilavesi ile hazırlandı. Aynı koşullarda hazırlanmış polimerizasyon çözeltisine farklı derişimlerde Cu(I) iyonu ilavesi ile de polipirol elde edildi. Kullanılan piridin karboksilik asit türevlerinin ve Cu(I) iyonunun, polipirol oluşumu üzerindeki inhibasyon ve katkılama olaylarının,   film kalınlığı ve iletkenlik özelliklerinin değişimleri üzerine etkileri araştırıldı. 

Dönüşümlü voltametri yöntemi ile elde edilen farklı özelliklerdeki polimerlerin elektrokimyasal davranışları incelendi. Piridin karboksilik asit varlığında elde edilen polipirol filmlerin karakterizasyonu, Taramalı Elektron Mikroskopisi (SEM), Enerji Ayırmalı X-Işınları Spektroskopisi (EDX), X Işınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Dört Uçlu İletkenlik Ölçüm Metodu, Raman Spektroskopisi, Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi (EIS) ve Li batarya katot malzemesi olarak şarj deşarj testleri kullanılarak yapıldı.

Abstract:
Polyprol, which is one of the most studied conductive polymers, can be easily obtained by chemical or electrochemical methods in aqueous and anhydrous solutions by oxidation of the pyrrole monomer. With a suitable method for obtaining polypyrrole by electrochemical polymerization; Polymerization is initiated by raising the pyrrole monomer with constant current or potential swepping and forming the pyrole radical.

For the first time in this study, the electropolymerization of the polypyrrole was carried out in the presence of pyridine carboxylic acid derivatives. For this purpose, nicotinic acid, picolinic acid, quinaldic acid, isonicotinic acid, 2.4 pyridindicarboxylic acid, 2.5 pyridindicarboxylic acid, 2.6 pyridindicarboxylic acid, 3.4 pyridindicarboxylic acid and 3.5 pyridindicarboxylic acid were used.

First of all, suitable polymerization conditions were determined by cyclic voltammetry technique (potentiodynamics). The polymerization was carried out in the acetonitrile solution in the presence of TBABF4 support electrolyte, at different voltage ranges, at different pyrrole concentrations, and by trying different concentrations of each pyridine carboxylic acid derivative. The polymerization solution was prepared by adding 1% water except acetonitrile and TBABF4 support electrolyte. Polypyrrole was obtained by adding Cu (I) ions in different concentrations to the polymerization solution prepared under the same conditions. The effects of the pyridine carboxylic acid derivatives and the Cu (I) ion used on the changes in the film thickness and conductivity properties of the inhibition and additive events on the formation of polypyrrole were investigated.

Electrochemical behaviors of polymers with different properties obtained by alternating voltammetry method were investigated. Characterization of polypyrole films obtained in the presence of pyridine carboxylic acid, Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-Rays Spectroscopy (EDX), X Rays Photoelectron Spectroscopy (XPS), Four-Probe Conductivity Measurement Method, Raman Spectroscopy, EIS (Electrochemical Impedance Spectroscopy) and Li battery was made using charge discharge tests as cathode material.