Investigation of electrochromism process through ultrafast broadband spectroelectrochemistry

Elektrokromizm, elektrik potansiyeli uygulanmasıyla bir elektroaktif malzemedeki başlatılan redoks reaksiyonu nedeniyle tersinir olarak renk değişimidir. 1970'lerin sonlarında iletken polimerlerin keşfiyle, elektrokromik malzemelerin üzerindeki araştırma ilgisi büyüdü ve çeşitli kullanım alanları gittikçe önem kazanıyor. Elektrokromik malzemelerdeki renk değişimi süreci iki basamakta gerçekleşir. İlk olarak, elektrokromik maddennin yükseltgenmesi veya indirgenmesin için bir redoks reaksiyonu ve ardından, karşı iyonların yük dengeleme için difüzyon ile malzeme içerisine geçer. Örneğin, nötr bir iletken polimerin yükseltgenerek renk değiştirebilmesi için, önce uygun bir pozitif potansiyeli uygulanır. Polimer, heterojen elektron transferinden sonra elektronları kaybedip net bir pozitif yük kazanır. Oluşan bu pozitif yükü polimerin yükseltgenme devamlılığını engellenir. Bu pozitif yükü dengelemek için, çözeltiden anyonlar polimer matriksine geçer. Karşı iyonların difüzyon hızı elektron transferinden daha çok yavaş olduğundan, oksidasyon işleminin iyon taşınmasıyla hız sınırlı olduğu yaygın bir şekilde varsayılmaktadır. Çalışmanın temel amacı, bu varsayımı sorgulamaktır. Heterojen elektron transferinin iyon transferinden çok daha hızlı olduğu gerçeğine dayanarak, birkaç mikrosaniye kadar çok kısa zaman ölçeklerinde deneyler yapılmaktadır. Böyle kısa sürelerde, karşı iyonların elektrokromik malzemeye geçmesi için yeterli zaman olmayıp herhangi bir elektrokromizm belirtisi elektron transferinden kaynaklanmalıdır. Pozitif geri besleme direnç dengelenmesi eşliğinde yüksek hızlı dönüşümlü voltametri kullanarak, kV ila MV/s tarama hızlarına ulaşımaktadır. Bu çalışmada elektrokromik malzeme olarak poli (3,4-etilendioksitiofen) polistiren sülfonat (PEDOT:PSS) ince filmleri kullanılmaktayız. Polimer filmin renk değişiminin izlenmesinde, in situ UV-görünür spektroskopisi kullanılmaktayız. Polimerin redoks formları arasında çok hızlı dönüşülmekte olup, spektrumları ortalama modunda toplanmaktadır. Temel bileşen analiz algoritması kullanarak, bileşik spektrumları ayrıştırılır ve yüksek hızlı dönüşümlü voltametri deneyleri sırasında polimerin her bir redoks formundaki harcadığı zamanı hesaplanacak. Anahtar Kelimeler: Elektrokrmizm, İletken Polimerler, Geniş bantlı Spektroelektrokimya, Yüksek Hızlı Dönüşümlü Voltametri, UV-Görünür Spektroskopisi