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Previous issue date: 2018-02-26 / O PEDOT:PSS (poli(3,4-etilenodioxitiofeno):poli(estirenossulfonato)) é um polímero condutor da classe dos politiofenos amplamente utilizado como camada aceitadora de lacunas na confecção de dispositivos fotovoltaicos. Neste trabalho estudou-se via espectroscopia Raman ressonante, SERS e de absorção UV-VIS-NIR as propriedades ópticas do PEDOT:PSS puro e na presença de AuNPs. O PEDOT:PSS foi sintetizado por polimerização oxidativa com persulfato de sódio e da mistura de persulfato com sulfato férrico hidratado, seguida de purificação com resina de troca iônica ou diálise em água deionizada. A evolução das sínteses foi monitorada através de espectroscopia UV-VIS-NIR, pela qual evidenciou-se a existência de dois regimes eletrônicos distintos para o processo de síntese do PEDOT:PSS, com uma cinética de reação mais rápida para as sínteses realizadas com a mistura de sais. Os polímeros formados apresentam elevado grau de oxidação, caracterizado pela forte absorção de radiação eletromagnética pelas espécies que contém pólarons em torno de 800 nm e bipólarons em cerca de 950 nm. Verificou-se a eficiência dos métodos de purificação por agitação com resina de troca iônica e diálise em água deionizada. A purificação por diálise mostrou-se distinta da obtida por agitação com resinas de troca iônica, rendendo polímeros menos dopados que aqueles purificados com resinas, o que foi atribuído à reorganização das cadeias do polímero mediante a migração via difusão simples e pressão osmótica de íons pequenos e das menores cadeias de PSS para a solução de alimentação. A evolução do perfil vibracional foi monitorada através da espectroscopia Raman ressonante com comprimento de excitação de 633, 785 e 1064 nm. A variação para região de maior número de onda das bandas atribuídas ao grupo tiofeno, responsável pela alta deslocalização de carga das espécies condutoras, indicou que os polímeros formados possuem alto grau de oxidação, com a existência de dois regimes para a evolução do perfil vibracional. A dopagem que ocorre durante o processo de síntese favorece a formação das espécies mais oxidadas na matriz polimérica, e o processo de purificação do PEDOT:PSS altera a estrutura do polímero. Filmes finos e opacos foram obtidos, e apresentaram resistência de folha comparável àquela obtida com polímeros disponíveis comercialmente. Observou-se ainda, através da espectroscopia SERS de cadeias pequenas de PEDOT:PSS adsorvidas sobre nanopartículas de ouro, com radiação incidente de 1064 e 785 nm, a intensificação de modos vibracionais característicos das espécies oxidadas, mais próximos da superfície metálica, embora não exista evidência de interação específica entre o polímero e as nanoestruturas. / PEDOT: PSS is a conductive polymer of the polythiophene class widely used as the hole injection layer in photovoltaic devices. In this work, resonance Raman, SERS and UVVIS-NIR spectroscopies were used to study the optical properties of pure PEDOT: PSS and modified with AuNPs. PEDOT: PSS was synthesized via oxidative polymerization with sodium persulfate and with persulfate mixture with ferric sulfate hydrate, followed by purification with ion exchange resin or dialysis in deionized water. The evolution of the syntheses was monitored via UV-VIS-NIR spectroscopy, in which the existence of two distinct electronic regimes for the synthesis process was evidenced, with a faster kinetics for the syntheses performed with the mixture of salts. The polymers formed exhibited a high level of oxidation, characterized by a strong absorption of electromagnetic radiation by the species that contain polarons and bipolarons. The efficiency of purification methods with ion exchange resin compared to dialysis in deionized water was also evaluated. Purification by dialysis proved to be distinct from stirring with ion exchange resins, yielding less doped polymers than those purified with resins, which was attributed to the rearrangement of the polymer chains by migration of small ions and the small PSS chains for the feed solution. The evolution of the vibrational profile was monitored by resonant Raman spectroscopy with excitation wavelength of 633, 785 and 1064 nm. The variation for the region of high wavenumber of the bands attributed to the thiophene group, responsible for the high delocalization of charge in the conducting species, indicated that the polymers formed have a high degree of oxidation, with the existence of two regimes for the evolution of the vibrational profile. Doping that occurs during the synthesis process favored the formation of more oxidized species in the polymeric matrix, and the purification process of PEDOT: PSS changed the structure of the polymer. Thin and opaque films were obtained, and showed sheet resistance comparable to that obtained with commercially available polymers. It was also observed, through SERS spectroscopy of small chains of PEDOT:PSS adsorbed on gold nanoparticles, using incident radiation of 1064 and 785 nm, the intensification of vibrational modes characteristic of the oxidized species, probably near the metallic surface, although there was no evidence of specific interaction between the polymer and the nanostructures.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:hermes.cpd.ufjf.br:ufjf/7160 |
| Date | 26 February 2018 |
| Creators | Pessanha, Pedro Victor Almeida |
| Contributors | Sant’Ana, Antônio Carlos, Izumi, Celly Mieko Shinohara, Silva, Mauricio Antonio Pereira da |
| Publisher | Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF), Programa de Pós-graduação em Química, UFJF, Brasil, ICE – Instituto de Ciências Exatas |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFJF, instname:Universidade Federal de Juiz de Fora, instacron:UFJF |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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