Elektrokimyasal ve elektrokromik özelliklerin iyileştirilmesi amacıyla karbazol içeren monomer ile 3,4 etilendioksitiyofen (EDOT) monomerinin elektrokimyasal kopolimerizasyonu
Electrochemical copolimerization of 3,4 ethylenedioxytiofen (EDOT) monomer with carbazol containing monomer for improvement of electrochemical and electrochromic properties
Yazar: IŞIL KALAY
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ ŞERİFE ÖZDEMİR HACIOĞLU
İskenderun Teknik Üniversitesi / Enerji Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Bu çalışmada, iki yeni elektrokromik kopolimer (M1-co-3E ve M1-co-5E) elektrokimyasal yöntemlerle sentezlenmiştir ve karakterize edilmiştir. Sentezde kullanılan komonomerler 3,4 etilendioksitiyofen (EDOT) ve monomer içeren karbazol 9- (2- (4 (Fenildiyazen-il) fenoksi) etil) -3,6-di (tiyofen-2-il) -9H-karbazol (M1)'dür. Karbazol içeren monomer (M1) ve EDOT iki farklı komonomer 1:3 ve 1:5 oranında kullanılarak artan EDOT miktarının elektrokimyasal, spektroelektrokimyasal ve elektrokromik özellikler üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Elektrokimyasal olarak elde edilen kopolimerlerin elektrokimyasal ve spektroelektrokimyasal karakteristikleri, dönüşümlü voltametri (CV) ve UV-Vis-NIR spektrofotometresi ile gerçekleştirilmiştir. Her iki kopolimerde p tipi katkılama yapar, yükseltgenme potansiyelleri M1-co-3Eiçin 0.23 V / 0.93 V ve M1-co-5Eiçin 0.30 V / 0.98 V olarak belirlenmiştir.Yükseltgenme potansiyelleri arasındaki bu fark, kopolimer zincirlerindeki elektron yoğunluğundan kaynaklanmaktadır. Optik bant aralığı değerleri, M1-co-3Eve M1-co-5Eiçin nötr durum absorpsiyonlarından sırasıyla 1.21 eV ve 1.18 eV olarak hesaplanılmıştır.Kopolimer omurgasındaki daha yüksek EDOT miktarı nedeniyle, M1-co-5Eiçin bant aralığı M1-co-3E'den daha düşüktür.Hem M1-co-3Ehem de M1-co-5E nötr ve oksitlenmiş durumlarda farklı renkler sergilemektedir çünkü bu kopolimerler multikromik özelliklere sahiptir. Her iki kopolimer de nötr durumlarda mor renk sergilerken, uygulanan potansiyel ile renkler, mavi renklere dönüşmüştür.Optik geçirgenlik değerleri M1-co-3Eiçin %31 (555 nm'de), %55 (1050 nm'de) ve %38 (1240 nm'de), M1-co-5Eiçin %34 (565 nm'de), %25 (975 nm'de) ve %45 (1170 nm'de) olarak hesaplanmıştır.Elektrokromik anahtarlama çalışmaları sonucunda, yükseltgenme için anahtanlama süreleri M1-co-3Eiçin 2.5 sn, 1.7 sn, 1.9 sn ve M1-co-5E için 1.9 sn, 1.8 sn, 2.7 sn olarak hesaplanmıştır. Kopolimere EDOT eklenmesinin elektrokimyasal, optik, elektrokromik ve kinetik özellikleri iyileştirdiği tüm bu sonuçlar ile birlikte gözlemlenmiştir. Ayrıca kopolimerler homopolimerlere göre daha düşük bant boşluğuna sahiptirler ve görünür bölgede kırmızı kayma ile daha geniş dalga boyu aralığında absorpsiyon yaparlar.

Abstract:
In this study, two new electrochromic copolymers (M1-co-3Eand M1-co-5E) were synthesized and characterized by electrochemical methods. Comonomers used in the synthesis are 3,4 ethylenedioxythiophene (EDOT) and carbazole containing monomer; 9- (2- (4 (Phenyldiazene-yl) phenoxy) ethyl) -3,6-di (thiophene-2-yl) -9H-carbazole (M1). The effect of increased EDOT amount on electrochemical, spectroelectrochemical and electrochromic properties was investigated by using carbazole containing monomer (M1) and EDOT two different comonomers 1: 3 and 1: 5 ratio. Electrochemical and spectroelectrochemical characteristics of electrochemically obtained copolymers were performed by cyclic voltammetry (CV) and UV-Vis-NIR spectrophotometry. Both copolymers have p-type doping, their oxidation potential is 0.23 V / 0.93 V for M1-co-3Eand 0.30 V / 0.98 V for M1-co-5E. This difference between oxidation potential is due to the electron density in the copolymer chains.  Optical band gap values were calculated as 1.21 eV and 1.18 eV from neutral state absorptions for M1-co-3Eand M1-co-5E, respectively. Due to the higher EDOT amount in the copolymer backbone, the band gap for M1-co-5Eis lower than M1-co-3E. Both M1-co-3Eand M1-co-5Eshow different colors in neutral and oxidized conditions because these copolymers have multichromic properties. While both copolymers exhibit purple in neutral situations, the colors with the applied potential have turned blue. Optical contrast values are 31% (at 555 nm), 55% (at 1050 nm) and 38% (at 1240 nm) for M1-co-3E; as 34% (at 565 nm), 25% (at 975 nm) and 45% (at 1170 nm) for M1-co-5E. As a result of electrochromic switching studies, switching times for oxidation were calculated as 2.5 s, 1.7 s, 1.9 s for M1-co-3Eand 1.9 s, 1.8 s, 2.7 s for M1-co-5E. It has been observed together with all these results that the addition of EDOT to the copolymer improves the electrochemical, optical, electrochromic and kinetic properties. Also, copolymers have lower band gap than homopolymers and absorb in the wider wavelength range with red shift in the visible region.