FBE- Kimya Lisansüstü Programı - Doktora
Bu koleksiyon için kalıcı URI
Gözat
Konu "acceptor" ile FBE- Kimya Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
Sayfa başına sonuç
Sıralama Seçenekleri
-
ÖgeBor İçeren Donör-akseptör (d-a) Organik Materyallerin Sentezi Ve Özelliklerinin İncelenmesi(Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015-09-29) Şahin, Onur ; Öztürk, Turan ; 10088760 ; Kimya ; Chemistry20.yy'ın ortalarına kadar organik bileşikler yalıtkan olarak görülmüş ve öyle tanımlanmıştır. Zayıf bir iletkenliğe sahip olduklarının tespiti ile birlikte gelen sistematik çalışmalar, sonrasında özellikle konjuge yapılı hidrokarbonların veya heteroatom içeren yapıların "organik yarı iletken" adı almasına kapı aralamıştır. Aromatik hidrokarbonların halojenler ile doplanması (katkılama) ile birlikte iletken karakterinde olumlu yönde ciddi farklılıklar gözlemlenmiştir. Konjuge polimerlerin keşfi ve geliştirilmesiyle birlikte 1990'lara gelindiğinde organik materyal kimyası OLED "Organic Light-Emitting Device" materyallerle tanışmıştır. OLED materyallerin gelişimindeki hız, plastik elektronik, fotodiodlar, güneş pilleri, alan etkili transistölerdeki gelişimle daha da artmıştır. Metal içerikli inorganik iletkenlerin enerji dönüşümü açısından üstünlüğü bilinen bir gerçektir. Bununla birlikte, %20'ye varan OLED verimleri, bu alandaki yoğun ve umut vaadeder çalşmalar, LED haline göre uygulama kolaylığı ve çok daha çevre dostu olmak gibi bir dizi artı neden, OLED uygulamalarını, daha cazip göstermekte ve ilgi odağına dönüştürmektedir. OLED'de hem iletken hem de ışın yayıcı tabakanın niteliği OLED materyalin verimi ve etkinliği açısından önemlidir. Bu nedenle, daha etkin iletken organik tabaka materyaller aranmakta ve tasarlanmaktadır. Artan enerji gereksinimi, enerjinin verimli ve ekonomik kullanımı ise OLED materyallerini günümüzde daha da avantajlı kılmaktadır. Elektronca zengin ditiyenotiyofen (DTT) tiyenotiyofen (TT) gibi kaynaşık tiyofen halkaları içeren bileşikler elektronik ve optik alana giren elektrolümünesanlar, foton absorbanlar, floresanlar, fotokromizm, optiksel kromoforlar, ince film transistörler, radar absorblayıcılar, iletken polimerler gibi önemli uygulama alanlarında kullanılabilmektedirler. DTT'ler gibi TT'lerin de pek farklı metotlarla sentezlendiği bilinmektedir. Ancak kolay, etkin sentezler organik sentezlerde önemli bir uğraş alanını oluşturduğu gibi DTT ve TT sentezi için de aynı durum geçerlidir. Yakın zamanda, araştırma grubumuz tarafından geliştirilen ve hem DTT hem de TT sentezi için uygulama bulmuş olan 1,8-diketonların ve monoketonların P4S1O ile halka kapama reaksiyonu tiyofen temelli elektronca zengin donör sentezinde kullanılmış ve dahası reaksiyon koşulları da iyileştirilmeye çalışılmıştır. Tez çalışmamızın iki yıla yakın süresinde, DTT türevi olan 3,5-Dimetoksifenil ditiyeno [3,2-b:2',3'-d]tiyofen (donör) bir trifeni amin (TPA) türevi olan N-(4-(4,4,5,5-tetrametil-1,3,2-dioksaborolan-2-il)fenil)-N-fenil benzenamin sentezi ve uygun şekilde bu donörlerin dimesitilbor florür (DMBF) ile bir araya getirilip çeşitli donör-akseptör (D-A) sistemleri oluşturulmaya çalışılmıştır. Ancak DMBF'ün hava ve neme olan aşırı hassasiyeti, kenetlenme rekaksiyonlarında simetrik DTT'nin tek taraf değil de iki taraftan kenetlenme ürünü verme eğilimi göstermesi ve elektron donörü DTT'nin muhtemel sterik engeli gibi sebepler neticesinde sentez sürecinin istenen hedefe ulaşmasını engellemiştir. Bunun üzerine, sterik olarak daha rahat olan yeni elektron donörü TT türevlerinin sentezlenmesine karar verilmiştir. Sentezlenen TT türevlerinin de dimetoksi mesitilboran ile reaksiyonundan yeni D-A polimerler sentezlenmesi planlanmıştır. Monoketonların P4S1O ile halka kapama reaksiyonununu geliştirmiş olduğumuz haliyle uygulayarak 3-Feniltiyeno[3,2-b]tiyofen (13) ve 3-(4-Bromofenil)tiyeno[3,2-b]tiyofen (14) sentezleri gerçekleştirilmiştir. Suzuki kenetlenme reaksiyonu ile iki TT türevinin doğrusal ve çapraz tiyofen kenetli hali sentezlenmiş ve böylelikle dört adet TT elektron donörü hazırlanmıştır. Hazırlanan donörler, mesitil bor (akseptör) yapısının da içinde bulunduğu D-A polimerler hazırlamak için önce lityumlama sonra da bir gün kadar sürecek yerdeğiştirme reaksiyonuna alınmıştır. Sonuç olarak, bu sentez sürecinde P1 (P(PhTT-MsB) (21), P2 P(PhTh2TT-MsB) (22), P3 P(PhTT-MsB2) (23) ve P4 P(PhTh2TT-MsB2) (24) olmak üzere toplamda dört adet D-A polimer sentezlenebilmiştir. Sentezlenen elektron zengini TT türevi donörler ve bor içeren donor-akseptör polimerlerin karakterizasyonu IR, 1H, 13C ve 11B NMR ve kütle spektrometresi ile gerçekleştirilmiştir. Hem TT türevleri hem de bor içeren polimerlere ait UV-Vis, floresans spektroskopisi analizleri gerçekleştirilmiş ve P1-4 için uygun standartlar eşliğinde kuantum verimleri hesaplanmıştır. Polimerlere ait CV'ler alınıp indirgenme-yükseltgenme potansiyelleri belirlenmiş, indirgenme yükseltgenme potansiyelleri yardımıyla Eg ve UV spektrumlarından da Eopt değerleri hesaplanmış ve birbirlerine göre kıyaslanmıştır. Donör-akseptör polimerler için hazırlanan OLED materyallerin özellikleri incelenmiş ve renk koordinatları kaydedilmiştir. Polimerlerin molekül ağırlıklarının yanı sıra termal gravimetrik analizleri de alınmıştır. Elektron donör adaylarının halka kapama ve Suzuki kenetlenme reaksiyonu sonucu sentezlerine bakıldığında reaksiyon veriminde % 80'in altına düşmediği görülebilir. Polimer sentezlerinde verim durumu ise P1-4 için % 40-60 aralığında görülür. Donör TT türevlerinin UV spektrumlarında, yaklaşık olarak 230-480 nm aralığında absorpsiyon yapabilme kabiliyetinde oldukları tespit edilmiştir. Buna ek olarak, P1, P2, P3 ve P4 donör-akseptör polimerleri için bu durum çözelti halinde 225-580 nm aralığını bulur. Ayrıca, dört polimer için ITO üzerine yapılan kaplamalar ile alınan katı UV spektrumlarında da görülmüştür ki absorbsiyon aralığı 300-600 nm'dir. TT'den donör-akseptör polimerlere dönüşle birlikte optik bant aralığının dört polimerde de daraldığı hesaplanmıştır. PhTT'den P1'e 0.10, PhTTTh2'den P2'ye 0.75, BrPhTT'den P3'e 1.40 ve PhTTTh3'den P4'e 0.31 eV'luk düşüşler olduğu tespit edilmiştir. Elektrokimyasal çalışmalarda, anodik ve katodik bölgelerde ölçümler azot ortamında alınmıştır. Glassy karbon üzerine tutturulan polimerler için indirgenme-yükseltgenme potansiyelleri belirlenmeye çalışıldığında uygun elektrolit Bu4NPF6 olarak belirlenmiş, dönüşümlü voltmetrede, destek elektrolit olarak THF'de 0.1 M Bu4NPF6 çözeltisi kullanılmıştır. Yapılan ölçümlerde, glassy karbon çalışma, Pt karşıt ve Ag/AgCl referans elektrotlar olarak kullanılmıştır. Polimerlerden P3 ve P4 için sadece yükseltgenme potansiyeli yakalanabilmiştir. P1 ve P2 için indirgenme-yükseltgenme potansiyeli, anodik ve katodik ayrı ayrı çalışılıp belirlenebilmiştir. Polimerlere ait oksidasyon potansiyeli P1, P2, P3 ve P4 için sırasıyla 1.93, 1.40, 1.74, 1.36 V olarak kaydedilmiştir. Polimerlere ait floresans ölçümleri, hem THF çözelti ortamında hem de ITO üzerine kaplı katı olarak alınmıştır. Polimerlerin emisyon yaptığı aralık hem çözelti hem de katı ortam için belirlenmiştir. Emisyon aralıklarına bakıldığında P1, P2 ve P3 için oldukça geniş aralıklara sahip olduğu göze çarpar. Bu durum, katı hal emisyonunda da yine kendini göstermiş geniş emisyon aralıkları kaydedilebilmiştir. Bununla birlikte, P2'deki emisyon aralığındaki daralma ve kırmızıya kayma çarpıcıdır. Kumarin1 ve kinin sülfat standartları eşliğinde yapılan kuantum verim hesaplarında 0.05-0.19 aralığında değişmeler görülür. Donör-akseptör polimerlerin Light Scattering'de alınan molekül ağırlıkları 110-550 bin arasında hesaplanmıştır. Polimerlere ait termal gravimetrik analiz (TGA) sonucunda polimerlerin termal kararlılığının iyi olduğu, yaklaşık 200oC'ye kadar kaydadeğer bir kütle değişiminin olmadığı dört polimerde de görülmüştür. Özellikle P2 ve P4'ün termal olarak nispeten daha dayanıklı olduğu söylenebilir. Hazırlanan OLED'ler için tabaka şeması, ITO/PEDOT:PSS (50 nm)/P1-4 (70 nm) /TPBİ (30 nm)/LiF (6 nm)/Al (120 nm) şeklindedir. Tabakaların kaplanmasında spin kaplama ve vakum altında buharlaştırma yöntemlerinden faydalanılmıştır. Dört OLED için elektrolüminesans-potansiyel, lüminesans verimi-akım yoğunluğu, dış kuantum verimi-akım yoğunluğu, akım yoğunluğu-potansiyel, renk koordinatları-potansiyel değişimleri kaydedilmiştir. Alınan sonuçlara göre, P1, P2 ve P3 ile hazırlanan OLED'ler beyaz ışıma vermiştir. Aygıtlardan alınan lüminesans verimleri OLED1, OLED2 ve OLED3 için sırasıyla 0.036, 0.036 ve 0.01 şeklinde olup oldukça düşüktür. Sonuç olarak, sentez başarısı, OLED uygulanabilirliği ve beyaz ışık eldesi bu tez çalışmasının yüz güldüren sonuçları olarak görülebilir. Işıma verimlerinin iyileştirilmesi, yeni moleküler tasarım ve sentezlerle umut vadedicidir.