इस अनुच्छेद में, हम वर्णन विद्युत, इलेक्ट्रॉन paramagnetic अनुनाद, और पराबैंगनी-दिखाई और पास-अवरक्त spectroelectrochemical तरीकों कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में आवेदन के लिए कार्बनिक यौगिकों का विश्लेषण करने के लिए ।
चक्रीय voltammetry (CV) एक जैविक यौगिकों के विश्लेषण में इस्तेमाल तकनीक है । जब इस तकनीक के साथ संयुक्त है इलेक्ट्रॉन paramagnetic अनुनाद (EPR) या पराबैंगनी-दिखाई और निकट अवरक्त (यूवी-विज़-NIR) spectroscopies, हम उपयोगी जानकारी प्राप्त जैसे इलेक्ट्रॉन संबध, ionization क्षमता, बैंड अंतर ऊर्जा, के प्रकार चार्ज वाहक, और गिरावट की जानकारी है कि स्थिर कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के संश्लेषण के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । इस अध्ययन में, हम विद्युत और spectroelectrochemical विधियों के एक कार्बनिक डिवाइस के रूप में अच्छी तरह से उत्पंन प्रभारी वाहक के सक्रिय परतों में होने वाली प्रक्रियाओं का विश्लेषण करने के लिए प्रस्तुत करते हैं ।
दुनिया भर में, शोधकर्ताओं ने लगातार नए कार्बनिक पदार्थ है कि वांछनीय प्रदर्शन या स्थिरता है, जो विस्तारित उपयोग के कारण बूंदों के साथ कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में इस्तेमाल किया जा सकता है के लिए खोज रहे हैं । कार्बनिक उपकरणों के मामले में, यह पूरी तरह से डिवाइस व्यवहार ड्राइविंग नियमों को जानने के लिए प्रभारी वाहक के व्यवहार को समझने के लिए महत्वपूर्ण है । प्रभारी वाहक की पीढ़ी पर आणविक संरचना के प्रभाव का विश्लेषण और गतिशीलता और इंजेक्शन चार्ज वाहक के संतुलन के रखरखाव, दोनों सकारात्मक (छेद) और नकारात्मक (इलेक्ट्रॉनों), दक्षता और स्थिरता में सुधार करने के लिए महत्वपूर्ण है कार्बनिक उपकरणों की । यह इन व्यक्तिगत आरोपों के प्रभावी पुनर्संयोजन सुनिश्चित करता है और फलस्वरूप काफी कार्बनिक प्रकाश उत्सर्जक डायोड (oleds)1,2की photoluminescence दक्षता में सुधार । कार्बनिक photovoltaics (OPVs)3,4 के रूप में अच्छी तरह के रूप में कार्बनिक क्षेत्र प्रभाव ट्रांजिस्टर (OFETs)5,6के लिए, यह उच्च प्रभार वाहक गतिशीलता के साथ सामग्री है करने के लिए आवश्यक है । आरोप वाहक के विश्लेषण के अलावा, कार्बनिक electroactive सामग्री के कई महत्वपूर्ण मापदंडों की भविष्यवाणी में मदद जहां सामग्री इस्तेमाल किया जा सकता है: ionization क्षमता (आईपी), इलेक्ट्रॉन संबध (EA) ऊर्जा का स्तर, और बैंड-उंहें बीच में अंतर7 ,8,9,10.
इस काम में, हम चक्रीय voltammetry (CV) है कि electroactive सामग्री के सभी प्रकार के विश्लेषण में इस्तेमाल किया जा सकता है की कुशल माप के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं । यह तकनीक redox संपत्तियों, डोपिंग/डोपिंग तंत्र, स्थिरता, ऊर्जा के रूपांतरण और भंडारण आदिके बारे में जानकारी प्रदान करती है । यह भी एक बहुत सस्ता और तेजी से अंय उच्च वैक्यूम तरीकों की तुलना में परीक्षण यौगिकों के इलेक्ट्रॉन संबध और ionization ऊर्जा के आकलन के लिए अनुमति देता है । aforementioned मानकों उच्चतम कब्जा आणविक कक्षीय (होमो) और सबसे कम खाली आणविक परिक्रमा (LUMO) के ऊर्जा स्तर के साथ सहसंबंधी बनाना ।
विधि इस अनुच्छेद में प्रस्तुत इस तरह के साथ उन लोगों के रूप में संयुग्मित यौगिकों के सभी प्रकार का विश्लेषण किया जा सकता है उनके संरचनाओं में π-इलेक्ट्रॉनों । संयुग्मित यौगिकों बड़े बहुलक श्रृंखला के साथ छोटे अणुओं हो सकता है । छोटे अणुओं को भी मोनोमर जा सकता है; प्रारंभिक प्रतिक्रिया के दौरान (photochemical, विद्युत, या रासायनिक) मोनोमर पॉलिमर फार्म कर सकते हैं । OLED आवेदन में, ऊर्जा स्तर के मूल्यों के लिए एक थर्मल सक्रिय देरी प्रतिदीप्ति (TADF) अतिथि मेजबान प्रणाली में उत्सर्जक के लिए सही मेजबान के उपयोग को सक्षम करने के लिए आवश्यक है या के साथ जो यौगिकों exciplex दाता-स्वीकार परत हो सकता है तय गठित और क्या अतिरिक्त परतें (इलेक्ट्रॉन परिवहन परत (ETL), होल ट्रांसपोर्टिंग लेयर (HTL), इलेक्ट्रॉन ब्लॉकिंग लेयर (EBL), और होल ब्लॉकिंग लेयर (एचबीएल)) के लिए आवश्यक होगा स्थिर संश्लेषित करने के लिए कुशलतापूर्वक चार्ज संतुलित OLED उपकरणों11 , 12 , 13 , 14 , 15 , 16 , 17. अतिरिक्त विद्युत माप सक्रिय परत के क्षरण और कम मोबाइल चार्ज वाहक (bipolarons)18,19 के गठन की प्रक्रिया के दौरान संभावित पक्ष प्रतिक्रियाओं की जांच की अनुमति ,20,21,22.
युग्मन विद्युत और spectroelectrochemical तरीकों ऑक्सीकरण या संयुग्मित यौगिकों की कमी और उनके क्षरण की क्षमता है, जो23 स्थिरता के लिए महत्वपूर्ण है की डिग्री के आसान, सटीक, और विश्वसनीय दृढ़ संकल्प के लिए अनुमति देता है , 24 , 25 , 26 , 27 , 28. पराबैंगनी-दिखाई और अवरक्त (यूवी विज़-NIR) electrochemistry के साथ युग्मित स्पेक्ट्रोस्कोपी सभी नए संयुग्मित यौगिकों के मौलिक रंगीन गुणों, जैसे डोपिंग के दौरान अवशोषण बैंड के बदलते के रूप में चिह्नित कर सकते हैं 18 , 19 , 20 , 21 , 22 , 23 , 24 , 25 , 26 , 27 , 28 , 29 , 30.
डोपिंग तंत्र से संबंधित एक अध्ययन में यह जरूरी है कि आरोपी वाहक के प्रकार को परिभाषित करें. इस प्रक्रिया में, आरोपित quasiparticles के दो वर्गों भाग लेते हैं, एक क्षतिपूर्ति के साथ एक स्पिन (polarons) और दूसरा जा रहा diamagnetic (bipolarons); इलेक्ट्रॉन paramagnetic अनुनाद (EPR) स्पेक्ट्रोस्कोपी अमूल्य सहायता प्रदान करता है, जो सीधे एक का पालनकरें और paramagnetic polarons29,30,31,३२ की आबादी में परिवर्तन ट्रैक करने की अनुमति देता है . छोटे अणुओं में, यह bipolarons रूप में मुश्किल है, लेकिन इन अणुओं काफी संयुग्मित हो सकता है और bipolaron उत्प्रेरण गुण है; यह अगर और जिस पर संभावित polarons और bipolarons संरचना में गठन कर रहे है जांच करने के लिए महत्वपूर्ण है । Bipolarons polarons की तुलना में गतिशीलता में कम एक आदेश कम कर रहे हैं; इसलिए, अगर bipolarons उपकरणों में गठित कर रहे हैं, तो यह आरोप वाहक है, जो OLED डिवाइस के उच्च वर्तमान और overheating में परिणाम होगा या अच्छी तरह से गिरावट३३के केंद्रों हो सकता है की एक असंतुलित अनुपात के लिए नेतृत्व कर सकते हैं ।
इस अध्ययन में प्रस्तावित माप की विधि सस्ते और तेजी से है और नए संश्लेषित पर आधारित हैं कि विशेष उपकरणों के लिए आवश्यकता के बिना electroactive सामग्री की एक बड़ी संख्या के लिए सबसे मूल्यवान ऑपरेटिव मापदंडों के निर्धारण के लिए अनुमति देता है सामग्री के प्रदर्शन की जांच करने के लिए । electrochemistry और spectroelectrochemistry लगाने से, यह एक सामग्री है कि वास्तव में नई सामग्री के सैकड़ों से होनहार है का चयन करने के लिए संभव है । इसके अतिरिक्त, यह विद्युत और spectroelectrochemical तरीकों का उपयोग कर परीक्षण संयुग्मित प्रणालियों की रासायनिक संरचना पर डोपिंग और उनके प्रभाव की प्रक्रियाओं के बारे में विस्तृत जानकारी प्राप्त करने के लिए संभव है, जो और अधिक निर्माण की अनुमति देता है कुशल कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों ।
विद्युत और spectroelectrochemical तकनीकों की कोई सीमाएं नहीं हैं; एक इन तकनीकों के साथ तापमान और अंय स्थितियों की एक व्यापक रेंज में दोनों ठोस राज्य और तरल समाधान का विश्लेषण कर सकते हैं । इन सभी मामलों में महत्वपूर्ण बात यह है कि यौगिकों/सामग्री लागू की गई क्षमता के तहत विश्लेषण कर रहे हैं, कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स उपकरणों काम करने के लिए असली दुनिया की स्थिति की नकल । फर्क सिर्फ इतना है कि electrochemistry में, प्रभारी वाहक के गठन, मनाया जाता है ।
यहां प्रस्तुत तरीकों कार्बनिक यौगिकों कि कार्बनिक इलेक्ट्रॉनिक्स में उनके प्रयोज्यता के साथ सहसंबंधी में उत्पंन आरोपी वाहक के विश्लेषण की उपयोगिता दिखा । इसके अलावा, विद्युत और spectroelectrochemical तकनीक है सस्ता और ठेठ प्रभारी वाहक विश्लेषण में इस्तेमाल तरीकों की तुलना में कम मांग है, लेकिन वहां कुछ महत्वपूर्ण कदम और प्रोटोकॉल है कि आधार पर आवश्यक है संशोधनों के लिए कर रहे है प्राप्त परिणाम ।
विद्युत लक्षण वर्णन के दौरान, हमेशा एक विशेष एकाग्रता के साथ शुरू करते हैं । यदि यौगिकों का एक सेट की तुलना में है, तो सभी सामग्रियों को एक ही दाढ़ एकाग्रता की जरूरत है । इस अध्ययन में प्रोटोकॉल में संकेत के रूप में 1 मिमी एकाग्रता और ५० एमवी/एस स्कैन दर के साथ शुरू करने के लिए सबसे अच्छा है, लेकिन यह मनाया विद्युत व्यवहार पर नमूने की एकाग्रता पता करने के लिए अच्छा है. हमेशा के लिए कम से तीन स्कैन मापने की कोशिश करो । पहले दो स्कैन आमतौर पर अलग है क्योंकि प्रारंभिक स्थितियों (संतुलन) अलग हैं । दूसरा और तीसरा स्कैन एक ही होना चाहिए । यदि दूसरी और तीसरी स्कैन एक ही हैं, तो शायद कोई पक्ष प्रतिक्रियाओं इस प्रणाली (चित्रा 2a) में मनाया जाता है । एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया में, एक कम क्षमता पर एक नया शिखर दिखाई देता है कि प्रवाहकीय सामग्री हम पर जमा किया गया था18,19,24,25,29,30 , 31 , ३२. यदि निचली चोटी की ऊँचाई क्रमिक स्कैन में बढ़ जाती है, तो शायद संयुग्मित पॉलिमर18,19,24,25,29 जमा किया गया था , 30 , 31 , ३२. यदि सभी धाराओं के क्रमिक स्कैन में कमी है, तो क्षरण के प्रवाहकीय उत्पाद इलेक्ट्रोड पर जमा किया गया था. यदि एक बहुत छोटे शिखर मुख्य ऑक्सीकरण या कमी चोटी (विशेष रूप से पॉलिमर के लिए) से पहले मनाया जाता है, तो यह शायद आरोप है फँसाने की प्रक्रिया19,23,31,३४। यदि ऑक्सीकरण या कमी के एक बहुत तेज डोपिंग पीक मनाया जाता है, तो यह शायद एक इलेक्ट्रोड पर क्रिस्टलीय संरचनाओं के अपघटन के कारण होता है३५ऑक्सीकरण के दौरान electrocrystallization प्रक्रिया के माध्यम से गठन किया ।
हमेशा परीक्षण यौगिक के व्यवहार की जाँच करने से पहले, के दौरान, और redox चोटियों के बाद. इसका मतलब यह है कि ंयूनतम तीन CV स्कैन पंजीकृत किया जाना चाहिए: ऊपरी के साथ (मामले ऑक्सीकरण में) या कम शिखर क्षमता कम या अधिक, क्रमशः, तो चोटी अधिकतम की क्षमता, ऊपरी या निचले शिखर की क्षमता के साथ बिल्कुल चोटी पर सेट अधिकतम और साथ चोटी उच्च क्षमता (ऑक्सीकरण) और कम (कमी) पीक अधिकतम की क्षमता से । स्वीकार्य प्रक्रिया भिंन हो सकती है और कभी-कभार दो प्रक्रियाएं सैद्धांतिक रूप से एक चोटी के अंतर्गत देखी जा सकती हैं । हमेशा इलेक्ट्रोलाइट के एकत्र चक्रीय voltammograms की तुलना (चरण २.६), ferrocene (चरण २.९), यौगिक (चरण २.१३), और यौगिक के साथ ferrocene (चरण २.१९); कई मुद्दों को ध्यान में रखा जाना है ।
हमेशा इलेक्ट्रोलाइट के CV संकेतों और परीक्षण यौगिक की तुलना करें, अगर इलेक्ट्रोलाइट से कोई संकेत मापा यौगिक के चक्रीय voltammogram पर दिखाई दे रहा है, तो इलेक्ट्रोलाइट बदला जाना चाहिए क्योंकि इसकी विद्युत खिड़की बहुत कम है, या इलेक्ट्रोलाइट दूषित है । यदि ferrocene (चरण २.९) और यौगिक के साथ ferrocene (चरण २.१९) के संकेत (redox जोड़े) एक ही स्थिति में हैं, तो सब कुछ ठीक से किया जाता है । यदि चोटियों एक दूसरे के बीच स्थानांतरित कर रहे हैं, तो फिर से जांच करें और माप दोहराएं । यदि संकेत (ऑक्सीकरण, कमी, या redox जोड़े की क्षमता) के साथ परीक्षण यौगिक की जोड़ा ferrocene (चरण २.१९) शुद्ध यौगिक (चरण २.१३) की तुलना में एक उच्च क्षमता पर है, तो मान (ऑक्सीकरण, कमी, या redox जोड़े संभावित) पर विचार शुद्ध यौगिक के चक्रीय voltammogram । यह बदलाव समाधान में ferrocene की अधिक मात्रा के कारण होता है । जब दो ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं मनाया जाता है, पहली प्रक्रिया (ऑक्सीकरण या कमी) जो हमेशा हम सक्रिय सतह को प्रभावित कर सकता है पर है; यह दूसरी प्रक्रिया (चित्रा 9) के ऑक्सीकरण क्षमता में वृद्धि का कारण हो सकता है ।
The authors have nothing to disclose.
लेखक कृतज्ञता “Excilight परियोजना” दाता-स्वीकार करने के लिए आसान करने के लिए दर्जी अल्ट्रा कुशल OLED बिजली के लिए सामग्री के रूप में Exciplexes उत्सर्जक प्रकाश के वित्तीय सहायता स्वीकार करते है “(H2020-MSCA-ITN-2015/674990) मैरी Skłodowska-क्यूरी द्वारा वित्त पोषित अनुसंधान और नवाचारों के लिए फ्रेमवर्क कार्यक्रम के भीतर कार्रवाई “क्षितिज-२०२०” ।
Potentiostat | Metrohm | Autolab PGSTAT100 | |
EPR | JEOL | JES-FA200 | |
UV-Vis detector | Oceanoptics | QE6500 | |
NIR detector | Oceanoptics | NIRQuest | |
Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 106048 | |
Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (Bu4NBF4) | Sigma-Aldrich | 86896 | |
2-propanol, 99.9% | Sigma-Aldrich | 675431 | |
Acetone, 99.9% | Sigma-Aldrich | 439126 | |
Ultrasonic Bath | Elma | S30H | |
Tetrahydrofuran >99.9% | Sigma-Aldrich | 401757 | |
ferrocene >98% | Sigma-Aldrich | F408 | |
decamethylferrocene >97% | Sigma-Aldrich | 378542 |