Электроосажденный композит поли-3,4-этилендиокситиофена с фуллеренолом, фотоактивный в ближней ИК-области спектра

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследована электрохимическая полимеризация 3,4-этилендиокситиофена в присутствии водорастворимого Na+-содержащего фуллерена с гидроксильными группами. Спектральными методами контроля хода электросинтеза показано, что при полимеризации 3,4-этилендиокситиофена фуллеренол включается в состав пленки независимо от использованных концентраций фуллеренола в синтезе. Впервые изучена электронная структура, морфология, спектроэлектрохимические, электрохимические свойства и ИК-фотопроводимость композитных пленок поли-3,4-этилендиокситиофена с фуллеренолом. Предложен механизм фотопроводимости, связанный с тем, что при фотовозбуждении композита перенос электрона с поляронного (биполяронного) состояния поли-3,4-этилендиокситиофена на нижнюю свободную молекулярную орбиталь фуллеренола повышает концентрацию фотогенерированных носителей заряда.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. Л. Грибкова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: oxgribkova@gmail.com
Россия, Москва

И. Р. Саяров

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: oxgribkova@gmail.com
Россия, Москва

В. А. Кабанова

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: oxgribkova@gmail.com
Россия, Москва

А. А. Некрасов

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: oxgribkova@gmail.com
Россия, Москва

А. Р. Тамеев

Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина РАН

Email: tameev@elchem.ac.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Fan, B., Wang, P., Wang, L., and Shi, G., Polythiophene/Fullerene Bulk Heterojunction Solar Cell Fabricated via Electrochemical Co-Deposition, Sol. Energy Mater. Sol. Cells, 2006, vol. 90, p. 3547. https://doi.org/10.1016/j.solmat.2006.06.042
  2. Nasybulin, E., Cox, M., Kymissis, I., and Levon, K., Electrochemical Codeposition of Poly(Thieno[3,2-b]Thiophene) and Fullerene: An Approach to a Bulk Heterojunction Organic Photovoltaic Device, Synth. Met., 2012, vol. 162, p. 10. https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2011.10.024
  3. Reynoso, E., Durantini, A.M., Solis, C.A., Macor, L.P., Otero, L.A., Gervaldo, M.A., Durantini, E.N., and Heredia, D.A., Photoactive Antimicrobial Coating Based on a PEDOT-Fullerene C60 polymeric Dyad, RSC Adv., 2021, vol. 11, p. 23519. https://doi.org/10.1039/d1ra03417k
  4. Suárez, M.B., Aranda, C., Macor, L., Durantini, J., Heredia, D.A., Durantini, E.N., Otero, L., Guerrero A., and Gervaldo, M., Perovskite Solar Cells with Versatile Electropolymerized Fullerene as Electron Extraction Layer, Electrochim. Acta, 2018, vol. 292, p. 697. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.09.196
  5. Dominguez-Alfaro, A., Jénnifer Gómez, I., Alegret, N., Mecerreyes, D., and Prato, M., 2D and 3D Immobilization of Carbon Nanomaterials Into Pedot Via Electropolymerization of a Functional Bis-Edot Monomer, Polymers, 2021, vol. 13, p. 1. https://doi.org/10.3390/polym13030436
  6. Alegret, N., Dominguez-Alfaro, A., Salsamendi, M., Gomez, I.J., Calvo, J., Mecerreyes, D., and Prato, M., Effect of the Fullerene in the Properties of Thin PEDOT/C60 Films Obtained by Co-Electrodeposition, Inorganica Chim. Acta, 2017, vol. 468, p. 239. https://doi.org/10.1016/j.ica.2017.04.059
  7. Dumitriu, C., Mousavi, Z., Latonen, R.M., Bobacka, J., and Demetrescu, I., Electrochemical Synthesis and Characterization of Poly(3,4- Ethylenedioxythiophene) Doped with Sulfonated Calixarenes and Sulfonated Calixarene-Fullerene Complexes, Electrochim. Acta, 2013, vol. 107, p. 178. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.05.140
  8. Bobylev, A.G., Kornev, A.B., Bobyleva, L.G., Shpagina, M.D., Fadeeva, I.S., Fadeev, R.S., Deryabin, D.G., Balzarini, J., Troshin, P.A., and Podlubnaya, Z.A., Fullerenolates: Metallated Polyhydroxylated Fullerenes with Potent Anti-Amyloid Activity, Org. Biomol. Chem., 2011, vol. 9, p. 5714. https://doi.org/10.1039/c1ob05067b
  9. Husebo, L.O., Sitharaman, B., Furukawa, K., Kato, T., and Wilson, L.J., Fullerenols Revisited as Stable Radical Anions, J. Amer. Chem. Soc., 2004, vol. 126, p. 12055. https://doi.org/10.1021/ja047593o
  10. Troshin, P.A., Astakhova, A.S., and Lyubovskaya, R.N., Synthesis of Fullerenols from Halofullerenes, Fullerenes Nanotub. Carbon Nanostructures, 2005, vol. 13, p. 331. https://doi.org/10.1080/15363830500237192
  11. Namazian, M., Lin, C.Y., and Coote, M.L., Benchmark Calculations of Absolute Reduction Potential of Ferricinium/Ferrocene Couple in Nonaqueous Solutions, J. Chem. Theory Comput., 2010, vol. 6, p. 2721. https://doi.org/10.1021/ct1003252
  12. Krukiewicz, K., Kruk, A., and Turczyn, R., Evaluation of Drug Loading Capacity and Release Characteristics of PEDOT/Naproxen System: Effect of Doping Ions, Electrochim. Acta, 2018, vol. 289, p. 218. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2018.09.011
  13. Gribkova, O.L. and Nekrasov, A.A., Spectroelectrochemistry of Electroactive Polymer Composite Materials, Polymers, 2022, vol. 14, p. 3201. https://doi.org/10.3390/polym14153201
  14. Garreau, S., Duvail, J.L., and Louarn, G., Spectroelectrochemical Studies of Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) in Aqueous Medium, Synth. Met., 2001, vol. 125, p. 325. https://doi.org/10.1016/S0379–6779(01)00397–6
  15. Zozoulenko, I., Singh, A., Singh, S.K., Gueskine, V., Crispin, X., and Berggren, M., Polarons, Bipolarons, and Absorption Spectroscopy of PEDOT, ACS Appl. Polym. Mater., 2019, vol. 1, p. 83. https://doi.org/10.1021/acsapm.8b00061
  16. Janssen, R.A.J., Smilowitz, L., Sariciftci, N.S., and Moses, D., Triplet-State Photoexcitations of Oligothiophene Films and Solutions, J. Chem. Phys., 1994, vol. 101, p. 1787. https://doi.org/10.1063/1.467757
  17. Peintler-Kriván, E., Tóth, P.S., and Visy, C., Combination of in Situ UV–Vis-NIR Spectro-Electrochemical and a. c. Impedance Measurements: A New, Effective Technique for Studying the Redox Transformation of Conducting Electroactive Materials, Electrochem. commun., 2009, vol. 11, p. 1947. https://doi.org/10.1016/j.elecom.2009.08.025
  18. Kabanova, V., Gribkova, O., and Nekrasov, A., Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene) Electrosynthesis in the Presence of Mixtures of Flexible-Chain and Rigid-Chain Polyelectrolytes, Polymers, 2021, vol. 13, p. 3866. https://doi.org/10.3390/polym13223866
  19. Nekrasov, A.A., Nekrasova, N. V., Savel’ev, M.A., Khuzin, A.A., Barachevsky, V.A., Tulyabaev, A.R., and Tuktarov, A.R., Electrochemical Investigation of a Photochromic Spiropyran Containing a Pyrrolidinofullerene Moiety, Mendeleev Commun., 2023, vol. 33, p. 505. https://doi.org/10.1016/j.mencom.2023.06.021
  20. Meskers, S.C.J., van Duren, J.K.J., and Janssen, R.A.J., Stimulation of Electrical Conductivity in a π-Conjugated Polymeric Conductor with Infrared Light, J. Appl. Phys., 2002, vol. 92, p. 7041. https://doi.org/10.1063/1.1519948

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Структура (а) [8] и электронный спектр поглощения (б) 0.00034 М водного раствора NaFl в 0.1-см кювете.

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Циклическая вольтамперограмма при осаждении пленки ПЭДОТ из водного раствора 0.01 М ЭДОТ и 0.00067 М NaFl. Представлены первый и каждый пятый последующие циклы.

Скачать (97KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изменение потенциала в процессе ГС-электрополимеризации 0.01 М ЭДОТ в водных растворах NaFl с концентрациями, М: 0.00017 (1), 0.00034 (2), 0.00067 (3) и 0.0014 (4).

Скачать (68KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Электронные спектры поглощения пленки ПЭДОТ, образующейся на рабочем электроде в процессе полимеризации ЭДОТ в ГС-режиме при плотности тока 0.05 мА/см2 в 0.00034 М водном растворе NaFl. Оптический путь в растворе – 1.6 см.

Скачать (148KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Изменение поглощения на 700 нм (а) и 400 нм (б) в процессе ГС-осаждения гибридных пленок ПЭДОТ в присутствии NaFl при концентрациях, М: 0.00017 (1), 0.00034 (2), 0.00067 (3), 0.0014 (4), и в 0.1 М водном растворе NaClO4 (5).

Скачать (135KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Электронные спектры поглощения на воздухе композитных пленок ПЭДОТ, электроосажденных в водных растворах NaFl при концентрациях, М: 0.00017 (1), 0.00034 (2), 0.00067 (3), 0.0014 (4), и в 0.1 М водном растворе NaClO4 (5).

Скачать (92KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Спектры электронного поглощения при фиксированных потенциалах композитной пленки ПЭДОТ – NaFl, измеренные в 0.5 М NaClО4 водном растворе.

Скачать (112KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Циклические вольтамперограммы композитной пленки ПЭДОТ – NaFl, измеренные в электролите 0.2 М Bu4NPF6 в ацетонитриле.

Скачать (97KB)
Метаданные
10. Рис. 9. АСМ-изображения поверхностей пленок ПЭДОТ, полученных на FTO-электроде, в присутствии NaFl (а) и NaClO4 (б).

Скачать (325KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Диаграмма электронных уровней молекул ПЭДОТ и NaFl (рис. 8), участвующих в поглощении фотонов в ИК-области спектра. Синими стрелками показано возбуждение электрона с основного уровня на уровень полярона или биполярона с переносом на уровень НСМО акцептора электронов – фуллеренола. Уровни поляронов и биполяронов даны согласно расчетам [15].

Скачать (86KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024