Trimetoksifenoksi grupları içeren ftalosiyanin komplekslerinin elektrokimyasal, spektroelektrokimyasal, elektrokromik ve elektrokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the electrochemical, spectroelectrochemical, electrochromic and electrocatalytical properties of phtalocyanine complexes involving trimetoxyphenoxy groups
Yazar: ÖZDEN YILDIZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ EFE BATURHAN ORMAN ; PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizikokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektrokatalitik = Electrocatalytic ; Elektrokimya = Electrochemistry ; Elektrokimyasal davranış = Electrochemical behavior ; Elektrokimyasal piller = Electrochemical cells ; Elektrokimyasal yöntem = Electrochemical method ; Elektrokimyasal ölçümler = Electrochemical measurements ; Elektrokimyasal özellikler = Electrochemical properties ; Elektrokromizm = Electrochromism ; Spektroelektrokimya = Spectroelectrochemistry

Özet:
Ftalosiyanin (Pc) bileşikleri 18 π-elektron sistemine sahip, aromatik makrosiklik yapılardır. Kimyasal kararlılıklarının yanında tersinir ve birden fazla sayıda gerçekleşen elektron transfer reaksiyonları ile pek çok farklı uygulama alanında kullanım potansiyeline sahiptirler. Son dönemde optik ve enerji depolama-dönüştürme tabanlı çalışmalarda bu eşsiz özellikleri sebebiyle yer almaktadırlar. Ayrıca, Pc komplekslerinin modifikasyona uygun yapıları ve göstermiş oldukları katalitik aktiviteleri sebebiyle, pil sistemleri için tercih edilen maddelerdir. 
Bu tez çalışmasında; Pc kompleksleri, zengin redoks özellikleri ve hedefe yönelik malzeme hazırlamada sundukları avantajlar nedeniyle tercih edilmişlerdir. Pc'lerin elektrokimyasal davranışlarının anlaşılması farklı teknolojik alanlardaki kullanımlarının belirlenmesi açısından önemlidir. Bu amaç doğrultusunda; yeni sentezlenmiş trimetoksifenoksi alfa ve beta konumdan sübstitüe Pc komplekslerinin elektrokimyasal davranışları, susuz çözücü-tuz sistemleri içeren farklı çözelti ortamlarında incelenmiştir. 
Bu ftalosiyanin kompleklerinin sahip oldukları zengin redoks özellikleri ve bu eş zamanlı ölçümler sırasında sergilemiş oldukları net spektral değişimleri ile elektro-optik geçişlere oldukça uygun makro yapılar oldukları anlaşılmıştır.
Voltametrik yöntemlerle tayin edilen zengin redoks davranışları eş zamanlı spektroelektrokimyasal ölçümlerle desteklenmiştir. Bu ölçümlere eşlik eden, elektromanyetik tayfın görünür ışık bölgesinde sergilemiş oldukları net spektral değişimler eş zamanlı spektroelektrokimyasal ve eş zamanlı elektrokolorimetrik yöntemlerle kaydedilmiştir. Bu tez çalışmasında kullanılan komplekslerin sahip oldukları, zengin redoks kimyaları ve spektral değişimleri nedeniyle elektrokatalitik ve elektrokromik çalışmalarda tercih edilme potansiyellerinin belirlenmesi oldukça önemlidir. Bunun için yeni sentezlenmiş farklı metal merkezli, trimetoksifenoksi sübstitüe gruplu Pc komplekslerinin dökme (sprey) film elektrotları ve modifiye camsı karbon elektrotları hazırlanmıştır. Katı ITO (indiyum kalay oksit) film elektrot yüzeyinde elektrokromik ve camsı karbon elektrot yüzeyinde ise elektrokatalitik aktiviteleri incelenmiştir. 
Katı ITO (indiyum kalay oksit) film elektrot yüzeyinde, Pc'lerin geçirgenlik ve /veya absorplanma derecesindeki elektronik geçişleri, eş zamanlı spektroelektrokimyasal ve eş zamanlı elektrokolorimetrik ölçümlerle, kronoamperometrik tekniklerin birleştirilmesi ile incelenmiştir.  Pc komplekslerinden özellikle mangan (2) ve (5) ve çinko (3) ve (6) merkezli Pc molekülleri elektrokromik performanslarıyla bir adım öne çıkmıştır. Renklenme sürelerinin daha kısa olması ile hızlı renk değişimleri gerçekleştirdikleri gözlenmiştir.
Yakıt hücrelerinin katot modifikasyonlarına uygun elektrokatalizör adaylarının belirlenmesi, bu çalışmanın önemli bir diğer hedefidir. Bu amaçla, Pc komplekslerinin elektrokatalitik aktiviteleri; hidrodinamik voltametrik tekniklerin kullanılmasıyla belirlenmiştir. Katot elektrot katalizlenmesi sırasında gerçekleşen oksijen indirgenme reaksiyonu (OİR), dönen disk halka elektrot (DDHE) voltametri yöntemi ile incelenmiştir. Tüm bu ölçümlerden elde edilen verilerin birlikte değerlendirilmesi sonucunda, demir komplekslerinin (1) ve (4) elektrokatalitik performansının diğer komplekslere göre yüksek olduğu gözlemlenmiştir.
(1) ve (4) kompleksinin OİR için kayda değer bir katalitik performans göstermesi üzerine, farklı tür yakıt pili çalışma şartlarına benzer şartlarda, metanol toleransının belirlenmesi için elektrokimyasal ve elektrokatalitik ölçümler gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Phthalocyanine (Pc) compounds are aromatic macrocyclic structures with 18 π-electron systems. In addition to their chemical stability, they show potential for use in many different application areas with their reversible and multiple electron transfer reactions. They are included in optical and energy storage-conversion based studies recently due to these unique properties. Pc complexes are also substances with effective and suitable catalytic activity for battery systems thanks to their suitable modified structure. 
In this thesis study; Pc complexes are preferred because of their rich redox properties and advantages in the preparation of targeted materials. Understanding the electrochemical behavior of phthalocyanine molecules is important in terms of determining their use in different technological fields. In accordance with this purpose; The electrochemical behaviors of newly synthesized trimethoxyphenoxy alpha and beta substituted Pc complexes were investigated in different solution environments containing anhydrous solvent-salt systems. It has been understood that these phthalocyanine complexes are macrostructures that are very suitable for electro-optical transitions with their rich redox properties and their clear spectral changes during these simultaneous measurements.
Rich redox behaviors determined by voltammetric methods were supported by simultaneous spectroelectrochemical measurements. Accompanying these measurements, the net spectral changes they exhibited in the visible light region of the electromagnetic spectrum were recorded by simultaneous spectroelectrochemical and simultaneous electrocolorimetric methods. It is very important to determine the potential of the complexes used in this thesis to be preferred in electrocatalytic and electrochromic studies due to their rich redox chemistry and spectral changes. For this purpose, cast (spray) film electrodes and modified glassy carbon electrodes of newly synthesized different metal-centered, trimethoxyphenoxy-substituted Pc complexes were prepared. Electrochromic activities on solid ITO (indium tin oxide) film electrode surface and electrocatalytic activities on glassy carbon electrode surface were investigated.
The electronic transitions of Pc's in the degree of transmittance and/or absorption on the solid ITO (indium tin oxide) film electrode surface were investigated by combining chronoamperometric techniques with simultaneous spectroelectrochemical and simultaneous electrocolorimetric measurements. Among the Pc complexes, especially manganese (2) and (5) and zinc (3) and (6) centered Pc molecules have come one step ahead with their electrochromic performance. It was observed that they performed rapid color changes with shorter coloring times.
Determination of electrocatalyst candidates suitable for cathode modifications of fuel cells is another important goal of this study. For this purpose, electrocatalytic activities of Pc complexes; determined using hydrodynamic voltammetric techniques. Oxygen reduction reaction (ORR) during cathode electrode catalysis was investigated by rotating disk ring electrode (RDRE) voltammetry method. As a result of the evaluation of the data obtained from all these measurements together, it was observed that the electrocatalytic performance of the iron complexes (1) and (4) was higher than the other complexes. 
Electrochemical and electrocatalytic measurements were carried out to determine the methanol tolerance under conditions similar to different types of fuel cell operating conditions, since complexes (1) and (4) showed a remarkable catalytic performance for ORR.