Farklı iyonik sıvılar varlığında iletken polimer/tungsten oksit nanokompozitlerinin elektrokimyasal sentezi ve elektrokromik özelliklerinin incelenmesi
Electrochemical synthesis of conducting polymer/tungsten oxide nanocomposites in different ionic liquids media and investigation of electrochromic properties
Yazar: ÇİĞDEM DÜLGERBAKİ
Danışman: PROF. DR. Ayşegül UYGUN ÖKSÜZ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Kimya = Chemistry
Dizin: Elektropolimerleşme = Electropolymerization ; Hibrit malzemeler = Hybride materials ; Optik özellikler = Optical properties ; Tungsten oksit = Tungsten oxide ; İletken polimerler = Conducting polymers ; İyonik sıvılar = Ionic liquids

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektrolit olarak farklı iyonik sıvılar kullanılarak elektrokimyasal metot ile iletken polimer/tungsten oksit (WO3) hibrit filmler sentezlenmiştir. Elektrokimyasal olarak 1-bütil-3-metil-imidazolyum tetrafloroborat (BMIMBF4), 1-bütil-3-metil-imidazolyum hekzaflorofosfat (BMIMPF6), 1-bütil-3-metil-imidazolyum bis triflorometil sulfonil imid (BMIMTFSI) ve 1-bütil-1-metil-pirolidinyum bis triflorometil sulfonil imid (BMPTFSI) içinde sentezlenen hibrit filmler elektrokromik cihaz tasarımına uygulanmıştır. Cihazların optiksel modülasyonu, renk verimi, anahtarlanma süresi ve kararlılığı detaylı olarak incelenmiştir. İyonik sıvı ve monomer değişiminin elektrokromik cihaz performansına etkileri karşılaştırılmıştır. PEDOT/WO3 hibritler arasında en yüksek optiksel modülasyon %41.30 olarak PEDOT/WO3/BMPTFSI hibrit filminde gözlenirken, PPy/WO3/BMIMTFSI ve PMeT/WO3/BMIMTFSI hibrit filmlerde sırasıyla, %33.25 ve %57.92 en yüksek optiksel modülasyon değerleri elde edilmiştir.
Sentezlenen filmlerin elektrokimyasal, yapısal ve morfolojik analizleri Dönüşümlü Voltametri (CV), X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak yapılmıştır. CV sonuçları, iletken polimer/WO3 hibrit filmlerin WO3 ve polimer filmden daha fazla elektrokimyasal aktivitesi olduğunu göstermiştir. Hibrit filmlerde, WO3 ile karşılaştırıldığında kristalin yapılar azalmış, daha amorf düzenlemeler ortaya çıkmıştır. Hibritlerin morfolojik özellikleri iyonik sıvıların karakteristiklerine göre değişim göstermiştir.
Elektrokromik özelliklere nanoboyutun etkisini değerlendirmek için elektrospin yöntemi ile PEDOT/WO3 hibrit nanolifleri hazırlanmıştır. PEDOT/WO3/BMIMPF6 nanolif bazlı elektrokromik cihazda %47.89 olarak en yüksek optiksel modülasyon gözlenmiştir.
Burada, elektrokromik malzemeler olarak bu yapıların hızlı renk değişimi, yüksek optiksel modülasyon ve renk verimi, uzun dönem kararlılık gibi pek çok avantaj sunduğu belirtilmiştir. Bu çalışma iletken polimer/WO3 hibritlerin yüksek verimli elektrokromik cihazlar için umut veren malzemeler olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this thesis study, conducting polymer/tungsten oxide (WO3) hybrid films were synthesized with electrochemical method using different ionic liquids as electrolytes. Hybrid films synthesized electrochemically in 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMIMBF4), 1-butyl-3-methylimidazolium hexafluorophosphate (BMIMPF6), 1-butyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide (BMIMTFSI) and 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis(trifluoromethylsulfonyl) imide (BMPTFSI) were applied to electrochromic device designs. The optical modulation, coloration efficiency, switching time and stability of the devices were investigated in detail. The effects of changing ionic liquid and monomer on to electrochromic device performances were compared. While highest optical modulation in PEDOT/WO3 hybrids was observed as 41.30% for the PEDOT/WO3/BMPTFSI hybrid film, the maximum optical modulations of 33.25% and 57.92% were obtained for PPy/WO3/BMIMTFSI and PMeT/WO3/BMIMTFSI hybrid films, respectively.
The electrochemical, structural and morphological analyses of the fabricated films were performed by using Cyclic Voltammetry (CV), X-rays Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM). CV results revealed that conducting polymer/WO3 hybrid films have much more electrochemical activity than those of WO3 and polymer film. In hybrid films, crystalline structures decreased compared to WO3, and more amorphous arrangements have been introduced. The morphological properties of the hybrids changed depending on characteristics of ionic liquids.
Hybrid nanofibers of PEDOT/WO3 were prepared via electrospinning method in order to evaluate the effect of nanosize on electrochromic properties. It was found that the highest optical modulation of 47.89% was achieved for PEDOT/WO3/BMIMPF6 nanofiber based electrochromic device.
Herein, it was reported that these structures, as electrochromic materials, offer numerous advantages such as rapid color change, large optical modulation and coloration efficiency, long term stability. This work represented that conducting polymer/WO3 hybrids could be promising materials for the highly efficient electrochromic devices.