Investigation of electronic properties of ionic liquid electrochemical devices by X-ray photoelectron spectroscopy

Yeni bir çığır açan solventsiz elektrolitler 'iyonik sıvılar' (ILs) ile bir araya getirilmiş/hazırlanmış elektrokimyasal enerji depolama aygıtlarına yönelik olan dikkat son yirmi yılda giderek artmaktadır. Belli bir elektrokimyasal cihaz tasarlamak için, IL'lerin ara yüzlerinin yapısını ve elektriksel tepkisini anlamak çok önemlidir. Buna göre, bu tez X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) için gerekli olan ultra yüksek vakum koşullarıyla uyumlu bir IL içeren elektrokimyasal cihazların, XPS ile incelenmelerine odaklanmaktadır. Belirli elektrokimyasal konuların temel özelliklerini daha iyi anlamak için, iki metal elektrotun arasında N, N-Dietil -N-metil -N- (2-metoksietil) amonyum bis (triflorometansülfonil) imid (DEME-TFSI) iyonik sıvı-elektroliti içeren elektrokimyasal aygıtlar, (i) şarj / deşarj fenomenleri, (ii) elektrikli çift katman (EDL) oluşumu ve (iii) elektrokimyasal reaksiyon ürünlerinin analizlerini aydınlatmak için, yaratıcı bir analitik aracı olarak XPS'in harici elektriksel uyarı kontrolü altında incelenmiştir. İlk bölümde, gözenekli polietilen membran (PEM) üzerinde iki altın metal elektrot bulunan sistemin arasında DEME-TFSI emdirilerek elde edilen bir eş-düzlemsel elektrokimyasal cihaz, pozisyon bağımlı elektriksel potansiyel değişimlerini kaydetmek için, harici D.C. gerilimi uygulanarak çalışılmıştır. Buna ek olarak, A.C. gerilimi zamansal davranışı aydınlatmak için kullanılmıştır. A.C. gerilimi için, sistemin sonsuz- ve sıfır-zaman başlangıcında tepkilerini saptamak için sıra ile yavaş (10 mHz) ve hızlı (1 kHz) zaman ölçeğine karşılık gelen iki frekansın kullanıldığı bir kare dalga uyarımı ile gerçekleştirilir. Her koşulda, XP spektrumları farklı yerel konumlarda kaydedilmiştir. Bu D.C. ve A.C. uygulamalarının bir sonucu olarak yeni bir anlayış ortaya çıkmıştır. Buna göre, metal-elektrolit ara yüzündeki EDL oluşumu yerel boyutlarda nanometre ölçeğinde sınırlı olmasına rağmen, bunun XPS ile algılanan gerilim geçişlerinin analizi yoluyla görselleştirmesi ara yüzeyden milimetre ölçeğindeki çok geniş mesafelere kadar etkili olduğu saptanmıştır. Bu tepkiler aynı zamanda, iki zıt polarize olmuş elektrot ve bunların arasında bir iyonik iletken madde bulunan basit bir eşdeğer devre kullanılarak modellenmiştir. İkinci bölümde, DEME-TFSI'nin iyonik bileşenlerinin Au elektrot / IL elektrolit ara yüzünde yeniden düzenlenmesi, dinamik-XPS yaklaşımı ile yavaş (1 mHz) üçgen dalga şeklinde 5V'luk bir genlik elektriksel darbeler uygulaması altında, anyonik ve katyonik fragmanları temsil eden iki N1s tepesinin şiddetlerindeki değişimler kaydederek izlenmiştir. Son bölümde, harici potansiyel uygulanan XPS analizleri, Au-NP'lerin hem bir eş-düzlemli hem de bir tel ve düzlem-elektrot elektrokimyasal geometrilerinde anodik tetiklemeli elektrokimyasal hazırlanışının gerçek zamanlı ve vakum ortamında izlenimi ve karakterizasyonun için kullanılmıştır. DEME TFSI ortamı içindeki küçük boyutlu Au NP'lerin oluşumu Görünür bölgedeki optik spektrumda 470 nm civarındaki karakteristik bir tepe ve TEM görüntülerdeki küresel ve iyi dağılmış (~ 4 nm) parçacıklarla teyit edilmiştir.