循环伏安及能级计算方案.ppt

电化学及能级计算 Contents * 背景介绍 原理 实例分析 总结 目录 有机电致发光材料能带的准确测定对于有机电致发光器件的研究至关重要。 表征有机光电材料能带结构的方法： 紫外吸收光谱法，这种方法只能得到带隙值Eg ； 量化计算的方法，可得到材料的 HOMO和带隙值，只适于结构简单的材料； 光电子发射谱分析可以用于 HOMO的表征，但仪器尚未普及； 电化学方法 (如循环伏安法)兼有上述三种方法的优点，所用仪器设备简单，操作方便，并能同时给出有机光电材料的全部能带结构参数，因此应用最广泛。 背景介绍 原理 能带理论中的带隙Eg指价带顶与导带底的能量之差，相应于最高占有分子轨道（HOMO）和最低未占有分子轨道（LUMO）的能量之差。有机发光材料最高占有分子轨道上的电子失去所需的能量相应于电离势Ip，此时有机发光材料发生了氧化反应；有机发光材料得到电子填充在最低未占有分子轨道上所需的能量相应于电子亲合势EA，此时有机发光材料发生了还原反应 原理 在电化学池中当给工作电极施加一定的正电位相对于参比电极电位时，吸附在电极表面的有机发光材料分子失去其价带上的电子发生电化学氧化反应，当施加更高的正电位时，电极表面上电化学氧化反应继续进行。此时工作电极上有机发光材料发生电化学氧化反应的起始电位Eox即对应于HOMO能级。同样地，当给工作电极施加一定的负电位相对于参比电极电位时，吸附在电极表面的有机发光材料分子将在其导带上得到电子发生电化学还原反应，当继续增加此负电位时电极表面上，电化学还原反应继续进行。此时工作电极上有机发光材料发生电化学还原反应的起始电位Ered即对应于LUMO能级。 原理 一般通过测定有机物的氧化电位Eox以直接推算HOMO能级数值，再结合光谱或能谱法测得的带隙Eg，间接计算出LUMO能级数值。 原理 标准氢电极(NHE)电位相对于真空能级为-4.5eV，所以由电化学结果计算能级的公式为： 用饱和甘汞电极（SCE)作参比电极，它相对于NHE电位为0.24eV ，则计算能级的公式为： 能还可以由吸收光谱得出隙：Eg= hc/λabs=1240/λabs LUMO=HOMO-Eg EHOMO=eEox+4.5+0.24=eEox+4.74eV ELUMO=eEred+4.5+0.24=eEred+4.74eV EHOMO=Ip=eEox+4.5 ELUMO=EA=eEred+4.5 Eg=EHOMO-ELUMO 测试前准备 需准备的仪器：铂丝对极、玻璃碳电极、Ag/Ag+电极、超声仪、吹风机、容量瓶、移液管、长针头、废液桶，滴膜用注射器，气球（多只，鼓氮用） 需准备的溶剂：二氯甲烷、丙酮、去离子水 测试用溶剂：二氯甲烷（DCM）、四氢呋喃（THF）、乙腈（MeCN)等 。实验前须经过无水处理。 电解质：Tetrabutylammonium hexafluorophosphate（四丁基六氟磷酸铵）（0.1M) 原 料：二茂铁(Fc)、待测样品 测试仪器 氮气 6 容量瓶 5 移液管 4 Ag/Ag+（参比电极） RE 3白 玻璃碳电极(工作电极) WE 2绿 铂丝对电极 CE 1红 测试方法 三电极系统： 工作电极：铂碳电极，用时要用铝粉打磨；轻拿轻放，禁摔。可以超声除去表面杂质，但超声时间不 要过长（接绿线） 辅助电极（对电极）：铂丝电极；（接红线） 参比电极：银电极（Ag/AgNO3—乙腈溶液），0.01M，避光密封。（禁止超声）（接白线） 实验步骤 准备CV使用的溶剂：还原过程使用THF，氧化过程使用DCM；THF需要钠丝泡过，并回流；DCM需要使用CaH2回流24小时才能使用。（现为回流2小时，即现蒸现用） Ag/AgNO3溶液的参比电极（RE）制备：称取AgNO3（分析纯，黑色包装，进口）9.8mg；（应在黑色包装中称取AgNO3，以防AgNO3见光分解）在棕色瓶中将AgNO3加入5.8ml乙腈溶剂（HPLC）配成浓度为0.01mol/L的溶液，并用锡纸包起来。（AgNO3溶液放置在阴凉环境下） 准备电极：玻璃碳电极(WE)，铂丝对电极(CE)，套装含Ag/AgNO3溶液的参比电极(RE)。 WE处理方法：首先，在玻璃砖上的圆纱布上垂直打磨（画“8”，0.05μm的铝粉和水作为摩擦剂）；其次，清水冲洗掉白铝，使用干净的丙酮超声1分钟，并用洗耳球吹干。 CE处理方法：使用水和丙酮冲洗干净，凉干。 RE处理方法：如果使用时间过长，更换Ag/AgNO3溶液（溶液量一般为电极长度的2/3），有机溶剂将表面冲洗干净，凉干（不能使用超声超洗）。 三个电极使用前再使用氮气吹扫。 实验步骤