Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) di specie che subiscono l’ossidazione reversibile o riduzione in soluzione è stata utilizzata per la determinazione delle costanti di velocità di ossidazione o riduzione.
Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS) è stata utilizzata per la caratterizzazione avanzata dei composti organici elettroattivi insieme voltammetria ciclica (CV). Nel caso di processi elettrochimici velocemente reversibili, corrente risente principalmente il tasso di diffusione, che è la fase più lenta e limitante. EIS è una tecnica potente che permette l’analisi separata delle fasi di trasferimento di carica che hanno diversa risposta in frequenza AC. La capacità del metodo utilizzata per estrarre il valore di resistenza al trasferimento di carica, che caratterizza il tasso di cambio carica sull’interfaccia elettrodo-soluzione. L’applicazione di questa tecnica è ampia, dalla biochimica fino a elettronica organica. In questo lavoro, vi presentiamo il metodo di analisi di composti organici per applicazioni optoelettroniche.
Tasso di redox del composto elettroattivi è un parametro importante che caratterizza la capacità di subire processi di ossidazione o riduzione e prevedere il suo comportamento in presenza di forti ossidanti o riducenti o sotto potenziale applicato. Tuttavia, la maggior parte delle tecniche elettrochimiche sono solo in grado di descrivere qualitativamente la cinetica del processo redox. Tra le varie tecniche elettrochimiche impiegate per composti attivi redox, caratterizzazione voltammetria ciclica (CV) è il metodo più prevalente per rapido e sufficiente caratterizzazione elettrochimica di varie specie solubile1, 2,3. La tecnica di CV ha vaste applicazioni, ad esempio, i livelli di energia stime4,5,6, l’analisi di elementi portanti di carica supportato da spettroscopie7,8, 9 , 10, fino a superficie modifiche11,12,13. Come ogni metodo, CV non è perfetto e per aumentare l’applicabilità e la qualità dei risultati, il collegamento con un’altra tecnica spettroscopica è importante. Già presentiamo parecchie indagini dove era la tecnica di spettroscopia (EIS) impedenza elettrochimica autonomo14,15,16 , ma in questo lavoro, siamo destinati a mostrano passo-passo come rafforzare la tecnica di CV di EIS.
Il segnale di uscita EIS è costituito da due parametri: parti reali ed immaginarie dell’impedenza come funzioni di frequenza17,18,19,20. Permette la stima dei parametri diversi responsabile per trasferimento di carica tramite l’interfaccia elettrodo-soluzione: doppio strato capacità, resistenza di soluzione, resistenza al trasferimento di carica, impedenza di diffusione e altri parametri a seconda del sistema studiato. Resistenza al trasferimento di carica fu oggetto di grande attenzione dal momento che questo parametro è direttamente correlato alla costante di tasso di redox. Anche se le costanti di velocità di ossidazione e riduzione sono stimate in soluzione, possono in genere caratterizzano la capacità di un composto per scambio di carica. EIS è considerato una tecnica Elettrochimica avanzata che richiede profonda comprensione matematica. Suoi principi fondamentali sono descritti in elettrochimica moderna letteratura17,18,19,20,21,22,23.
Questa parte del lavoro sarà dedicata a una spiegazione delle condizioni sperimentali scelte e discussione delle possibili applicazioni del metodo presentato.
Analisi dello spettro di impedenza possono essere eseguite da vari software. Qui le raccomandazioni di base per il metodo di analisi CEE sono discussi. Bisogna sapere che esistono numerosi algoritmi di raccordo e stima dell’errore in diversi modi. Presentiamo un esempio di utilizzo di software di accesso aperto sviluppato da r. Bondarenko e G. Ragoisha24 (Figura 4).
Valutazione esatta del valore dict Rera l’obiettivo principale del lavoro. Uno dei motivi per la scelta delle condizioni sperimentali fosse l’intenzione di nascondere l’impatto della diffusione. Così, la concentrazione della soluzione doveva essere alto come possibile. Mentre stava acquistando i risultati sperimentali illustrati qui, la concentrazione era limitata a causa di motivi economici. La gamma di frequenze da 10 kHz a 100 Hz è stato scelto per eliminare l’effetto di diffusione come bene. Impedenza di diffusione è inversamente proporzionale alla frequenza, mentre la resistenza non è dipenda dalla frequenza. L’effetto di resistenza nella parte ad alta frequenza dello spettro era superiore nella parte di bassa frequenza. Gli spettri non sono stati registrati alle frequenze inferiori a 100 Hz, perché questi dati sarebbe inutili per il calcolo di resistenza. Tutti i risultati di elettrochimici ottenuti in solventi non acquosi sono presentati contro ferrocene-ossidato / ferrocene accoppiata potenziale di equilibrio. Per questo motivo, vengono eseguiti i passaggi 2.3-2.5.
Abbiamo considerato applicazione EIS alla caratterizzazione di molecole organiche. Analisi di altri parametri di EEC e loro potenziali dipendenze in prospettiva possono portare alla rivelazione di altri effetti e caratterizzazione elettrochimica di composti in soluzione. Stima delle costanti di velocità di redox è utile per descrivere la cinetica di ossidazione o di riduzione dei composti elettroattivi e predire il comportamento del materiale in ossidante o riducente medio.
The authors have nothing to disclose.
Gli autori riconoscono con gratitudine il sostegno finanziario del progetto “Excilight” “Donatore-accettore Light Emitting Tespesio come materiali per facile-a-tailor Lightning OLED ultra-efficiente” (H2020-MSCA-ITN-2015/674990) finanziato da Marie Skłodowska-Curie Azioni nell’ambito del programma quadro per la ricerca e innovazioni “Horizon 2020”.
Potentiostat | BioLogic | SP-150 | |
Platinum disc electrode | eDAQ | ET075 | 1 mm diameter |
Platinum wire | − | − | counter electrode |
Silver wire | − | − | silver electrode |
Electrochemical cell | eDAQ | ET080 | 3 mL volume |
Polishing cloth | eDAQ | ET030 | |
Alumina slurry | eDAQ | ET033 | 0.05 µm |
Butane torch | Portasol | Mini-Torch/Heat Gun | |
Dichloromethane (DCM) | Sigma-Aldrich | 106048 | |
Tetrabutylammonium tetrafluoroborate (Bu4NBF4) | Sigma-Aldrich | 86896 |