A procedure for performing reductive electropolymerization of vinyl-containing compounds onto glassy carbon and fluorine doped tin-oxide coated electrodes is presented. Recommendations on electrochemical cell configurations and troubleshooting procedures are included. Although not explicitly described here, oxidative electropolymerization of pyrrole-containing compounds follows similar procedures to vinyl-based reductive electropolymerization.
Bevægelig elektrodeoverflade modifikation er vigtig i en række områder, især dem med sol brændstoffer applikationer. Elektropolymerisation er en overflademodifikation teknik, electrodeposits en polymerfilm på overfladen af en elektrode ved anvendelse af et anvendt potentiale at initiere polymerisationen af substrater i Helmholtz lag. Denne nyttige teknik blev først oprettet ved en Murray-Meyer samarbejde på University of North Carolina i Chapel Hill i begyndelsen af 1980'erne og anvendes til at studere en lang række fysiske fænomener af film indeholdende uorganiske komplekser som monomere substrat. Her fremhæver vi en procedure for coating elektroder med en uorganisk kompleks ved at udføre reduktiv elektropolymerisation af vinyl-holdige poly-pyridyl kompleks på glasagtig kulstof og fluor dopet tinoxid coatede elektroder. Anbefalinger om elektrokemisk celle konfigurationer og fejlfindingsprocedurer er inkluderet. Selv om det ikke explicitly beskrives her, oxidativ elektropolymerisation af pyrrol-holdige forbindelser følger lignende procedurer til vinyl-baserede reduktiv elektropolymerisation men er langt mindre følsomme over for oxygen og vand.
Elektropolymerisation er en polymerisation teknik, der udnytter en anvendt potentiale at initiere polymerisation af monomere forstadier direkte på overfladen af en elektrode og er blevet udnyttet til at fremstille tynde elektroaktive og / eller fotokemisk aktive polypyridyl film på elektrode og halvleder overflader. 1-4 elektrokatalyse, 5-10 elektronoverførsel, 11, 12 fotokemi, 13-16 electrochromism har 17 og koordinering kemi 18 blevet undersøgt i elektropolymeriseret film. Denne teknik blev først udviklet på University of North Carolina i en Meyer-Murray samarbejde for elektropolymerisation af vinyl 3, 5, 7, 8, 11-15, 19, 20 og pyrrol 6, 9, 21-24 derivatiseret miglæggende komplekser på en række ledende substrater. Figur 1 viser en række fælles pyridyl baserede ligander, at når koordineret til metalkomplekser, har produceret electropolymers. I reduktiv elektropolymerisation, elektropolymerisation af vinyl forbindelser sker ved reduktion af pyridyl-ligander konjugeret til vinylgrupper, mens med pyrrol-funktionaliserede ligander er elektropolymerisation initieres ved oxidation af pyrrolen dele, hvilket resulterer i oxidativ elektropolymerisation (figur 2). Elektropolymerisation teknologien blev udviklet med det mål at levere en generel metode til direkte fastgørelse stort set alle overgangsmetalkompleks til enhver elektrode. Alsidigheden af metoden åbner døren til mange undersøgelser af electropolymer modificerede elektroder.
I modsætning til andre vedhæftede strategier, som involverer direkte binding til elektroden elektropolymerisation tilbyder ADVAntage for ikke at kræve elektrodeoverfladen pre-modifikation. . Det kan derfor anvendes til et vilkårligt antal af ledende substrater, uanset overflade sammensætning eller morfologi 4, 10, 25, 26 Denne alsidighed er et resultat af ændrede fysiske egenskaber som polymeren længde vokser; monomererne er opløselige i den elektrolytiske opløsning, men som polymerisering forekommer og tværbinding rigidifies filmen, nedbør og fysisk adsorption elektrodeoverfladen forekommer (figur 3). 27
Sammenlignet med oxid overfladebundet carboxylat, som er ustabile på oxidoverflader i vand eller phosphonat-derivatiserede komplekser, som er ustabile ved forhøjede pH'er, der almindeligvis anvendes i sol brændstoffer forskning disse kontaktflader elektrode-polymer filmstrukturer tilbyder den ekstra fordel af stabilitet i en række medier, herunder organiske opløsningsmidler og vand over et stort pH-interval (0-14).28-30 elektropolymerisation kan også deponere film med store serier af synlige overflade dækningsområder, fra sub-monolag til snesevis eller hundredvis af ækvivalenter monolag, hvorimod carboxylat- eller phosphonat-derivatiserede komplekser-interface-strukturer er begrænset til monolag overflade dækningsområder.
Skønt et vilkårligt antal af vinyl eller pyrrol indeholdende pyridyl og polypyridyl forbindelser er i stand til polymerisation, [Ru II (PhTpy) (5,5'-dvbpy) (MeCN)] (PF6) 2, (1; PhTpy er 4'-phenyl -2,2 ': 6', 2 '' – terpyridin; 5,5'-dvbpy er 5,5'-divinyl-2,2'-bipyridin; figur 4) vil blive anvendt som en model kompleks at demonstrere reduktiv elektropolymerisation på glasagtig kulstof og fluor-dopet tinoxid, FTO, elektroder i denne rapport. 1 er et eksempel på en moderne electropolymer forstadium, der har potentielle elektrokatalytiske applikationer og på grund af sin metal-mod-liGand ladningsoverførsel, MLCT'er, spektrum liggende i det synlige område af lysspektret, kan undersøges med UV-Vis spektroskopi. 18, 30 Bemærk, at nogle resultater, der præsenteres her 1 allerede er offentliggjort i en lidt ændret form. 18
Elektropolymerisation tilbyder et stort udvalg af styrbare variable, der ikke er fælles for andre teknikker. Ud over standard reaktionsbetingelser variabler som reagens (monomer) koncentration, temperatur, opløsningsmiddel, etc., kan elektropolymerisation kan derudover styres ved elektrokemisk eksperimentparametre fælles for elektrokemiske metoder. CV scan satser, der skifter potentialer og antallet af cykler påvirker aflejringen af electropolymers. For eksempel, som det antal cyklusser gennem ligand …
The authors have nothing to disclose.
Vi anerkender Virginia Military Institute (VMI) Kemisk Institut for støtte til elektrokemiske eksperimenter og instrumentering (LSC og JTH). Den VMI kontor dekanen for fakultetet støttede produktionsanlæg gebyrer forbundet med Jove publikationer. Vi anerkender UNC EFRC: Center for Vedvarende brændstoffer, en Energy Frontier Research Center finansieret af det amerikanske Department of Energy, Kontoret for Videnskab, Office of Basic Energi Videnskaber under Award nummer DE-SC0001011, for støtte af forbindelse syntese og materialer karakterisering (DPH ).
Name of Reagent/ Equipment | Company | Catalog Number |
Tetrabutylammonium hexafluorophosphate for electrochemical analysis, ≥99.0%, | Sigma-Aldrich | 86879-25G |
Acetonitrile (Optima LC/MS), Fisher Chemical | Fisher Scientific | A955-4 |
3 mm dia. Glassy Carbon Working Electrode | CH Instruments | CH104 |
Non-Aqueous Ag/Ag+ Reference Electrode w/ porous Teflon Tip | CH Instruments | CHI112 |
Platinum gauze | Alfa Aesar | AA10282FF |
Electrode Polishing Kit | CH Instruments | CHI120 |
Cole-Parmer KAPTON TAPE 1/2IN X 36 YD | Fisher Scientific | NC0099200 |
Fisherbrand Polypropylene Tubing 4-Way Connectors | Fisher Scientific | 15-315-32B |
500mL Bottle, Gas Washing, Tall Form, Coarse Frit | Chemglass | CG-1114-15 |
3 compartment H-Cell for electrochemistry | Custom made H-cell with 3 compartments |