この記事で述べるは電気化学、電子常磁性共鳴と有機エレクトロニクス アプリケーションの有機化合物を分析する紫外可視・近赤外分光電気化学的方法。
サイクリックボルタンメトリー (CV) は、有機化合物の分析に使用される手法です。電子親和力、イオン化ポテンシャル、バンド ギャップ エネルギーの種類など役に立つ情報を取得私たちこの手法を電子スピン共鳴 (EPR) または紫外可視・近赤外 (紫外可視-近赤外) 分光と組み合わせれば、電荷キャリア、および劣化情報は安定した有機電子デバイスを合成するために使用できます。本研究では, 電気化学と生成された電荷キャリアと同様、有機デバイスのアクティブなレイヤーで発生するプロセスを分析するための分光電気化学的方法。
世界的に、研究者は継続的に望ましいパフォーマンスや安定性は、長時間の使用で低下と有機エレクトロニクスで使用できる新しいの有機材料を探しています。有機デバイスの場合、デバイスの動作を運転規則を完全に知るに電荷キャリアの振る舞いを理解することが重要です。分子の効果の解析構造の世代の電荷キャリアとダイナミクスと注入された電荷キャリア、両方の陽性 (穴) のバランスの維持と負の (電子)、効率と安定性を改善するために非常に重要です有機デバイス。これにより、これらの個々 の料金の効果的な再結合、有機発光ダイオード (Oled)1,2の発光効率を大幅向上させます。有機電界効果トランジスタ (Ofet)5,6と同様、有機薄膜太陽電池 (OPVs)3,4 、高い電荷移動度を有する材料が必要です。電荷キャリアの分析に加えて材料を使用できる場所を予測する有機電子材料のいくつかの重要なパラメーター: イオン化ポテンシャル (IP)、電子親和性 (EA) エネルギー レベル、および7 それらの間のバンド ギャップ ,8,9,10。
この作品は、電子材料のすべてのタイプの分析に使用できるサイクリックボルタンメトリー (CV) の効率的な測定法を提案する.この手法は、酸化還元特性、挿入機構、安定性、変換およびエネルギー等のストレージに関する情報を提供します。また、他の高真空方法と比べてはるかに安くて速い方法で試験化合物の電子親和性とイオン化エネルギーの推定できます。前述のパラメーター最高占有分子軌道 (HOMO) と最低非占有分子軌道 (LUMO) のエネルギー準位との相関します。
この記事で紹介した方法は、すべての種類など、その構造における非局在 π 電子共役系化合物の分析に使用できます。共役化合物大きいポリマー鎖状分子があります。小さな分子にはモノマー; することができます。初期反応 (光化学、電気化学的、または化学) の単量体はポリマーを形成できます。OLED アプリケーションではエネルギー レベル値、熱活性でエミッタの正しいホストの使用を有効にする遅延蛍光 (TADF) ゲスト-ホスト システムまたはエキシプレックス ドナー-アクセプタ層を化合物を決定することができる必要です形成され、どのような追加のレイヤー (電子輸送層 (ETL)、正孔輸送層 (HTL)、電子ブロック層 (EBL) および穴ブロック層 (HBL)) が安定して効率的に充電を合成する必要がありますバランスの取れた OLED デバイス11,12,13,14,15,16,17しますアクティブなレイヤーの分解の過程で可能な副反応の調査ででき、低携帯の形成電荷キャリア (バイポーラロン)18,19 追加の電気化学的測定。 ,,2021,22。
電気化学的結合と分光電気化学的方法により簡単、正確かつ信頼性の高い定量安定性23にとって重要である酸化または還元共役化合物の潜在的な彼らの劣化の程度,24,25,26,27,28. ドーピング中の吸収帯の変更など、すべて新規共役化合物の基本的な分光特性を特徴付けることができる紫外可視、近赤外の (紫外可視-近赤外) 分光電気化学と相まって18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30。
ドーピングのメカニズムに関する研究、電荷キャリアの種類を定義することが重要です。このプロセスをもつ準粒子の 2 つのクラスを取る部分は、1 つの非補償スピン (ポーラロン) と 2 番目されている反磁性 (バイポーラロン);電子常磁性共鳴 (EPR) 分光法は直接監視、常磁性ポーラロン29,30,31,32 の個体数の変化を追跡することができます非常に貴重な援助を提供します.小さい分子フォーム バイポーラロンにくいがこれらの分子かなり共役することができます、バイポーラロン誘導のプロパティ;場合をチェックすることが重要だし、構造の潜在的なポーラロンとバイポーラロンの形成します。バイポーラロンが少なくとも 1 つ順序移動におけるポーラロンのそれより低いしたがって、バイポーラロンが動作中のデバイスで形成される場合は、高電流で OLED デバイスの過熱の結果または劣化33の中心といえるかもしれない電荷キャリアの不均衡な比率につながる可能性があります。
本研究で提案する測定法は安価で高速なことができ新しく合成に基づく特別なデバイスを必要とせず電子活性材料の多数の最も貴重な手術パラメーターの決定のため材料の性能を確認します。電気化学、分光電気化学を適用すれば、本当に有望な新素材の数百人からは、1 つの材料を選択することが可能です。さらに、ドーピングのプロセスに関する詳細情報を取得することが可能だし、テストの化学構造に及ぼす共役電気化学を用いて、分光電気化学的方法、詳細を構築することができます。効率の高い有機エレクトロニクス デバイス。
電気化学、分光電気化学的手法はありますがない;1 つは、固体、温度や他の条件がこれらの技術の広い範囲で液体のソリューションを分析できます。これらすべてのケースで重要なことは、有機エレクトロニクス デバイスを操作するための現実世界の条件を複製する応用の可能性の下で化合物・材料を分析していることです。唯一の違いは、電気化学、電荷キャリアの形成が観察されます。
紹介した方法は、有機エレクトロニクスの適用性と相関性の有機化合物の生成に帯電したキャリアの解析の有用性を示します。また、電気化学的及び分光電気化学的技術は、安いと以下の電荷キャリアの分析で使用される一般的な方法のそれよりも厳しいが、いくつかの重要なステップとに応じて必要なプロトコルへの変更、結果を得た.
電気化学的特性評価、時に常に特定の濃度で開始します。一連の化合物を比較した場合は、すべての材料を同じモル濃度を持っている必要があります。最高は始まるには濃度 1 mM と 50 mV/秒スキャン レートにおける、プロトコルに記載されているが、それは観測の電気化学的挙動にサンプルの濃度を知っておくとよい。常に、少なくとも 3 つのスキャンを測定しようとします。(平衡) の開始の条件が異なるために、最初の 2 つのスキャンは通常異なります。2 番目と 3 番目のスキャンは、同じである必要があります。2 番目と 3 番目のスキャンは、同じです、このシステム (図 2 a) で観察されたおそらく副反応がありません。酸化プロセスで低い電位で新しいピークが表示されます私たち18,19,24,25,29,30上導電材料に形成されたことを示す,31,32します連続スキャンでの低いピークの高さの増加ならおそらく共役高分子だった堆積18,19,24,25,29 。,30,31,32します。 連続スキャンのすべての電流が減少し、劣化の非導べ電性の製品は、電極上に形成された場合。主な酸化または還元ピーク (特に、ポリマー) の前に非常に小さなピークが見られる場合、これはおそらく帯電プロセス19,23,31,34です。酸化や還元の非常にシャープな dedoping ピークが観測され、この、酸化35中電析プロセスを通じて形成された電極の結晶構造の分解が原因ですおそらく。
常にテスト中、および酸化還元ピーク後、前に混合物の動作を確認します。それは、少なくとも 3 つの CV スキャンする必要があります登録することを意味: (ケース酸化) の上または下の頂点可能性低い、または高い、それぞれ、上下の頂点の潜在性のピークの最大の可能性に設定と最大のピークを正確頂点電位より高い (酸化) とピーク最大の電位より低い (削減)。観察対象のプロセスが異なる場合があります、時々 2 つのプロセスは理論的に 1 つのピークを観察することがあります。電解質 (ステップ 2.6) の収集のサイクリックボルタモ、フェロセン (ステップ 2.9)、(ステップ 2.13) 化合物、化合物 (ステップ 2.19) フェロセンを常に比較します。考慮するいくつかの問題があります。
電解質からの信号が測定された化合物の環状のボルタモ グラム上に表示、電気化学窓が低すぎるために、電解質を変更する必要がある場合、電解質と化合物のテストの CV 信号を常に比較または電解液が汚染されています。フェロセン (ステップ 2.9) の信号 (レドックス カップル)、フェロセン化合物 (ステップ 2.19) と同じ位置にある場合、その後、すべてが適切に行わします。ピークは、お互いの間移される場合は、RE を確認し、測定を繰り返します。純粋な追加フェロセン (ステップ 2.19) 化合物のテストの信号 (酸化、還元、または潜在的なレドックスのカップル) より高い潜在的な場合 (ステップ 2.13) を複合し、値 (酸化、還元、酸化還元電位やカップル潜在的な) をご検討ください。純粋な化合物の環状ボルタモ グラム。シフトは、ソリューションにおけるフェロセンの多量が原因です。私たちには常に最初のプロセス (酸化または還元) 可能性がありますアクティブな表面に影響を与える 2 つの酸化プロセスを観察すると、これは 2 番目のプロセス (図 9) の酸化電位の増加を引き起こす可能性があります。
The authors have nothing to disclose.
著者感謝”Excilight”プロジェクトの財政支援する「ドナー ・ アクセプター光発光励起仕立て屋に簡単な超効率的な OLED 雷用材料として「(H2020 MSCA ITN 2015/674990-) 融資によってマリー ・ スクウォドフスカ = キュリー研究と革新「地平線-2020」のためのフレームワーク プログラム内のアクション。
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 |