Tek alkil grubu içeren tiyeno[3,2-b]tiyofen sentezleri, polimerleri ve özelliklerinin incelenmesi

Abstract

Organik iletken polimerlerin uygulama alanları özellikle son yıllarda genişlemiş ve bu alandaki bilimsel araştırmalar hız kazanarak farklı araştırma grupları tarafından sentezlenen bileşikler artmıştır [1]. Özellikle -konjügasyona sahip yarı iletken organik güneş (veya fotovoltaik) hücrelerinin sentezlerinde önemli adımlar atılmıştır. Bunun yanında OLED yani Organik Işık Yayan Diotlar (Organic light emitting diods) bu tür bileşiklerin uygulama alanlarından biri olup, düşük voltajla çalışma, yüksek çözünürlük, yüksek parlaklık, geniş görüş açısı, geniş renk gamı, yüksek kontrast, daha az ağırlık ve boyut, verimlilik vb. nedenlerden dolayı bu alanın önemli konusunu oluşturmaktadır. Artan enerji ve çevre sorunları, sürdürülebilir ve yenilenebilir kaynakların geliştirilmesini gerektirir. Bu nedenle, enerjiyi dönüştüren ve tasarruf edebilen malzemeler istenilir. Elektrokromizm, optik özellikleri küçük bir elektrik alanı uygulayarak tersine çevrilebilir ve kalıcı olarak değiştirilebilen malzemelerin özel işlevselliğine işaret eder. Bu malzemeler, enerji tasarruflu binalar için akıllı pencereler, bilgi ekranları, otomobiller için kendinden aydınlatmalı arka aynalar, elektronik kağıtlar, elektrokromik yüzeyler ve benzeri yerlerde umut verici uygulamalar göstermektedirler. Elektrokromizm, iç sıcaklığın ve ışık koşullarının değişimine aktif bir yanıt olarak binanın güneş ışığı miktarını ve aydınlatma girişini dinamik olarak kontrol edebilen akıllı pencereler yapmak için kullanıldığında gelecek vaat eden bir enerji tasarrufu teknolojisidir. Bir çok organik materyal, elektrokromik yüzey olarak kullanılabilir. İnorganik malzemeler genellikle açık akıllı pencereler için kullanılırken, organik elektrokromik malzemelerin dış ortamda UV ışınlarına maruz kaldığında zayıf dayanıklılığı nedeniyle, organik elektrokromik cihazlar tipik olarak kapalı alan uygulamaları için uygundur. Elektrokromizmi olan ya da olmayan iyon depolama katmanı, aktif elektrokromik katmandan elektrolit üzerinden geçen yüklerin dengelenmesi için gereklidir. İyon iletkeninin orta tabakası, sıvı veya katı haldeki şeffaf bir elektrolittir. Üst ve alt elektrot olarak yaygın olarak kullanılan şeffaf iletkenler, indiyum kalay oksit (İTO) kaplamalı cam ve flor katkılı kalay oksit (FTO) kaplamalı camdır. Elektrokromik malzemeler, cihazlar ve uygulamaları son yıllarda incelenmiş ve teorik ve pratik açıdan ilerlemesi sağlanmıştır. Yine de daha işlevsel ve yeni özelliklere sahip olan elektrokromik cihazların uygulama alanları genişletilmeye çalışılmaktadır. Örneğin, esnek, katlanabilir, gerilebilir ve giyilebilir elektrokromik cihazlar taşınabilir ve giyilebilir elektroniklerin artan taleplerini karşılamak için geliştirilmiştir. hem enerji depolamasını hem de elektrokromizmi bir cihaza, örneğin enerji depolama birimini gösterebilme yeteneğine sahip akıllı bir pencere içine entegre etmek son derece ilgi çekici bir uygulamadır. Bu alanda en çok ilgi gören ve uygulama alanları geniş olan bileşiklerden bir tanesi de tiyofen temelli polimerlerdir. Kimyasal ve elektrokimyasal alanlarda kimyasal kararlılığa [2] sahip olan bu bileşikler kolay fonksiyonlandırılabilmeleri ve önemli elektronik yapılarından dolayı elektronik ve optoelektronik uygulamalarda kendine yer bulmuştur [3-9]. İki halkalı tiyofen ünitesi içeren en basit birleşik tiyofenler tiyenotiyofen (TT) olarak adlandırılır. Tiyenotiyofenler elektronca zengin yapılardır ve bu durum onları konjuge ve düşük band aralıklı organik yarı iletken yapmalarını sağlar. Sunulmakta olan tezin amacı çeşitli alkil grupları içeren tiyeno[3,2-b]tiyofenlerin sentezlerini iki basamaktan oluşan kolay bir yöntemle sentezlemek ve polimerlerinin elektronik ve optoelektronik özelliklerini incelemektir. Literatürde alkil grubu içeren TT'lerin örnekleri olmasına rağmen yaygın kullanımları henüz kazanılmamıştır. Bunun önemli nedeni sentezlerinin dört basamakta gerçekleşmesi ve bazı basamaklarının istenmeyen izomer içermesidir. Dolayısı ile önerilen tez bu bileşiklerin daha kısa (iki basamak) ve yüksek verimle elde edilmesi yönünde önem taşımaktadır. Tüm bu bilgiler ışığında elektrokromik cihaz ve güneş hücresi olabilecek moleküllerin sentezine başlanmıştır. Yapılması planlanan tüm monomerler başarıyla sentezlenip karakterize edildikten sonra döngül voltametri (CV) yöntemiyle elektropolimerizasyonları gerçekleştirilmiş ve elektropolimerleri elde edilmiştir. Elektropolimerizasyon için monomer CV yöntemi ile ilk olarak Pt tel üzerinde polimerleştirilmiştir. Sistemde Ag tel referans elektrot olarak kullanılmış, elektrolit 0.1M TBAPF6 (tetrabütilamonyum hekzafloro fosfat)'ın ACN karışımında hazırlanmasıyla elde edilmiştir. Monomer konsantrasyonu 1x10-3 M olacak şekilde ayarlanmıştır. Polimerleşme olduğu görüldüğünde benzer sistem ile İTO üzerine kaplama gerçekleştirilmiş ve CV-UV çalışması ile elektrokromik özellikleri incelenmiştir. Elde edilmiş olan elektropolimerlerin UV spektrum üzerinden hesaplanan bant aralıklarının 1.90 eV ile 2.32 eV arasında değişiklik gösterdiği ve maksimum absorbsiyonlarının 393-441 nm arasında olduğu görülmüştür. Tüm bu sonuçlar ışığında 35b monomerinden elde edilen P6 elektropolimerinin en iyi sonuçları verdiği sonucuna varılmıştır. Bir sonraki adım ise donör özelliğe sahip monomerlerin bir akseptör grup ile stille coupling kullanılarak, güneş hücrelerine uygulanabilecek bir D--A polimerinin sentezlenmesidir.