異參茚并苯噻吩之電化學氧化聚合薄膜之光物理性質、表面形態與電致變色關係之研究

Design, Synthesis, and Electrochemical Polymerization of Isotruxene-Derived Oligothiophenes

劉庭安(Ting-An Liu)

指導教授 ： 楊吉水

國立臺灣大學/理學院/化學研究所/碩士(2011年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2011.00080

摘要

在本論文中，我們合成一系列異參茚并苯之噻吩衍生物ITT1、ITT2、ITT3與ITT4 作為單體分子，並且利用電化學氧化聚合製備薄膜poly-ITT1、poly-ITT2、poly-ITT3與poly-ITT4於ITO電極表面。
增加單體支鏈噻吩的數目時，吸收與螢光光譜會有紅移的趨勢，來自延伸分子共軛系統結果。與異構物參茚并苯噻吩衍生物比較，紅移現象更為明顯，此乃異參茚并苯的對位及鄰位共軛性，較鄰位共軛性佳之故。單體的CV圖展現可逆氧化還原訊號，且噻吩官能基團會使單體分子的氧化電位降低，有利電化學聚合進行。
聚合物薄膜(poly-ITT1至poly-ITT4)探討內容分為三個部份：
(一)經過電聚合的薄膜具有良好的光物理與電化學的穩定性，可利用光譜儀測量ITO玻璃上的電聚膜吸收與螢光光譜，實驗結果得知，薄膜所含的架橋噻吩數量差異，會影響其分子電聚膜吸光與放光之範圍。
(二)聚合物微觀下的薄膜表面形態，會受到分子結構大小而有所差異，分別呈現出片狀、網狀、圓孔狀之聚集方式，從AFM圖中也顯示結構較大之單體，其聚合物薄膜表面平整度較差。
(三)聚合物薄膜的電化學氧化還原過程，會有十分明顯變色現象。由光譜電化學結果顯示其在氧化態時，架橋上噻吩數目影響聚合物於中性態、極子態與雙極子態之間的相互作用關係。循環伏安圖也顯示，雙極子態透過異參茚并苯的交互作用力，會隨著噻吩鏈的增長而變小。

關鍵字

噻吩 ； 電化學氧化聚合 ； 電致變色

並列摘要

In this thesis, we report the design and synthesis of a series of isotruxene-derived oligothiophene, ITT1-ITT4, prepared through high yield routes of Suzuki coupling. Electropolymerization of the monomers resulted in highly stable 2D cross-linked conjugated polymer films (poly-ITT1-poly-ITT4).
As increasing the length of the oligothiophene arms, the absorption and fluorescence spectra of the monomers are red-shifted. Compared to truxene-based oligothiophenes, isotruxene derivatives exhibit more red-shifted spectra, because the para-ortho connection the phenylene rings in the latter allows stronger conjugation interaction. Cyclic voltammograms display reversible redox signals, and the low oxidation potentials of monomers are favorable for electrochemical polymerization.
The results and discussion of polymer films are divided into three parts:
1. The polymer films generated form electro-polymerization of monomers (ITT1-ITT4) show good photophysical and electrochemical stability. Their absorbance and emission spectra are thiophene length-dependent.
2. AFM images show that the morphology and roughness of polymer films depend on the size of monomers.
3. The polymer films exhibit obvious color change on going from the neutral state to the oxidized state. On the basis of UV-vis-NIR spectroelectrochemistry and cyclic voltammograms, the interactions among neutral, polaron, and bipolaron states also depend on the length of the oligothiophene arms.

並列關鍵字

Electrochemical Polymerization ； Oligothiophenes

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