Ftalosiyanin elektrokimyasal davranışlarının eş zamanlı UV-vis spektroskopi ve elektrokolorimetri destekli olarak incelenmesi
Investigation of phthalocyanine electrochemical behaviours with in situ UV-vis spectroscopy and electrocolorimetry supports
Yazar: ZUHAL YAZAR
Danışman: PROF. DR. ALİ RIZA ÖZKAYA
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Fizikokimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Dönüşümlü voltametri = Cyclic voltammetry ; Ftalosiyaninler = Phthalocyanines ; Spektroskopi = Spectroscopy

Özet:
Ftalosiyanin bileşiği ilk olarak 20. yüzyılın başlarında bir yan ürün olarak tesadüfen keşfedilmiştir. Bu bileşikler hakkında ilk bilimsel makaleler 1934 yılında Linstead ve çalışma arkadaşları tarafından literatüre kazandırılmıştır. Ftalosiyanin bileşikleri 18-π elektronlu bir aromatik sisteme sahip olan makromeleküllerdir. Molekülün ortasında metal atomlarının yer alabileceği bir boşluk bulunur. Bu bileşikler genellikle reversibil karaktere sahip 1-elektronlu dört indirgenme ve iki yükseltgenme davranışı gösterirler. Çevre atomlara bağlanan sübstitüentler ve merkeze yerleştirilen metallere göre modifiye edilebilen ftalosiyaninler; farklı elektro-optik ve spektral özellikleri sayesinde tıp, sanayi ve ileri teklonoji uygulamalarında kullanılırlar. Bunun yanında, ftalosiyanin kompleksleri oksijenin indigenmesinde gösterdikleri elektrokatalitik etki nedeniyle, yakıt pillerinde kullanılan fakat çok pahalı olan heterojen platin katalizörüne alternatif olma potansiyeline sahiptirler.
Bu çalışmada, alfa konumlu 2,6 – dimetoksi mononükleer metal ftalosiyanin bileşiklerinin Pt çalışma elektrodu üzerindeki ve dimetil sülfoksit/tetrabutil amonyum perklorat ortamındaki redoks davranışları Dönüşümlü Voltametri ve Kare Dalga Voltametri teknikleri kullanılarak incelenmiştir. Söz konusu ölçümler, eş zamanlı mor ötesi-görünür bölge spektroelektrokimya ve elektrokolorimetri teknikleri ile desteklenmiştir. Yapılan voltametrik ölçümlerde ftalosiyanin bileşiklerinin ardışık birer elektronlu yükseltgenme ve indirgenme tepkimeleri gerçekleştirdikleri ortaya çıkmıştır. Eş zamanlı spektroelektrokimya ve elektrokolorimetri destekli voltametrik ölçümler redoks işlemlerinin doğasını, yani metal kaynaklı mı yoksa ligand kaynaklı mı olduklarını ve eşlik eden renk değişmlerini belirlememizi sağladı. Çalışmanın son aşamasında ise komplekslerin oksijen indirgenmesindeki elektrokatalitik aktiviteleri araştırıldı. Tüm bu ölçümlerden elde edilen veriler birlikte değerlendirildi. Yapılan çalışmalar, komplekslerde yer alan metal merkezlerinin türünün elektrokatalitik aktifliklerinde önemli rol oynadığını göstermiştir. Mn, Fe ve Co gibi redoks-aktif metal merkeze sahip komplekslerin elektrokatalitik aktiflikleri, Ni gibi redoks-inaktif metal merkeze sahip komplekslerinkinden dikkate değer ölçüde daha yüksektir.

Abstract:
Phthalocyanine compound was first discovered coincidentally as a by-product in the early 20th century. The first scientific articles on the phthalocyanines in literature were reported by Linstead et al. in 1934. Phthalocyanines are macromolecules which have a 18-π electron aromatic system. They have a central cavity where metal atoms can take place. These compounds generally show reversible four one-electron reductions and two one-electron oxidations. Phthalocyanines, modifiable on the basis of the substituents connected to peripheral atoms and metals placed in the core, are used in medicine, industry and high-technological applications owing to their different electro-optical and spectral properties. Due to their electrocatalytic effect in oxygen reduction, phthalocyanine complexes also have potential to be used as an alternative to heterogeneous platinum catalyst which is employed in the fuel cells, but very expensive.
In this study, redox behaviors of an alpha 2,6-dimethoxy mononuclear phthalocyanine compounds have been investigated on the Pt working electrode in dimethyl sulfoxide/tetrabutyl ammonium perchlorate environment by using cyclic voltammetry and square wave voltammetry techniques. These techniques were supported by in situ UV-vis spectroelectrochemistry and electrocolorimetry. The voltammetric measurements showed that the Pc compounds indicate subsequent one- electron reduction and oxidation processes. In situ spectroelectrochemistry and electrocolorimetry supported voltammetric measurements enabled us to identify the nature of the redox processes, i.e., whether they are ligand- or metal-based, and associated color changes. In the last stage of the study, electrocatalytic activities of the complexes in oxygen reduction were examined. The data obtained from all of these measurements were assessed together. The studies showed that the type of the metal centers in the complexes plays an important role in their electrocatalytic activities. Electrocatalytic activities of the complexes with redox-active metal centers such Mn, Fe ve Co are significantly high compared to complexes with redox-inactive metal center such as Ni.