DEĞİŞİK FTALOSİYANİN KOMPLEKSLERİNİN ELEKTROKİMYASAL KARAKTERİZASYONU, ELEKTROKATALİTİK VE ELEKTROKROMİK UYGULAMALARI

Tez Türü: Doktora

Tezin Yürütüldüğü Kurum: Marmara Üniversitesi, Fen - Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, Türkiye

Tez Danışmanı: Ali Rıza Özkaya

Tezin Onay Tarihi: 2017

Tezin Dili: Türkçe

Özet:

Ftalosiyanin bileşikleri 18 π-elektronuna sahip, çoklu ve reversibil elektron transfer özellikleri gösteren aromatik makromoleküller olarak bilinirler. Bu bileşikler ışık spektrumunun görünür bölgesindeki spektral özellikleri nedeniyle, endüstri ve yüksek teknolojik uygulamalarda yaygın bir şekilde kullanılırlar. Ayrıca, yüksek termal ve kimyasal kararlılıklarıyla fotodinamik terapi, gaz sensörleri, elektrokromik gösterge ve malzemeler, bilgi depolama, elektrokatalitik ve fotokatalitik malzemeler gibi çok çeşitli ileri teknolojik uygulamalarda da kullanım alanı bulmaktadırlar.

Bu tez çalışmasında, farklı redoks aktif ve/veya redoks aktif olmayan metaller, elektron verici ve/veya çekici gruplar içeren yeni sentezlenmiş mononükleer ve sandviç tipi dinükleer ftalosiyanin komplekslerinin redoks davranışları; voltametri, eş zamanlı spektroelektrokimyasal ve eş zamanlı elektrokolorimetrik analiz metotlarıyla karakterize edilmiştir. Söz konusu ftalosiyanin komplekslerinin merkezinde bulunan metal iyonları ve molekül çevresindeki sübstitüentler üzerinde yapılan değişiklikler, bu moleküllerin fizikokimyasal, optik, elektrokatalitik ve elektrokimyasal özelliklerini dikkate değer bir şekilde etkiler. Bu nedenle, sentezlenmiş yeni komplekslerin elektrokimyasal özelliklerinin belirlenmesi, farklı teknolojik alanlardaki kullanılabilirliklerinin belirlenmesi açısından çok önemlidir.

Bu çalışmanın ilk basamağında, mononükleer ve sandviç tip dinükleer ftalosiyanin komplekslerinin uygun çözücü ortamındaki redoks özellikleri, dönüşümlü voltametri ve kare dalga voltametrisi teknikleri kullanılarak aydınlatıldı. Ayrıca, bu ölçümler sonucunda belirlenen indirgenme ve yükseltgenme reaksiyonlarının ftalosiyanin halkası üzerinde mi metal merkezde mi gerçekleştiğini belirlemek için eş zamanlı spektroelektrokimyasal ölçümler gerçekleştirildi. Ftalosiyanin bileşiklerinin; ardışık birer elektronlu, metal ve/veya ligant tabanlı, difüzyon kontrollü, net renk değişimlerinin de eşlik etttiği ve oksijen molekülünün varlığından etkilenen tersinir/yarı-tersinir redoks süreçleri, söz konusu bileşiklerin katot aktif malzeme olarak yakıt pili uygulamalarında yüksek katalitik aktivite ve ekran teknolojilerinde elektrokromik malzeme olarak yüksek elektrokromik performans gösterebileceklerine işaret etmiştir.

Çalışmanın ikinci basamağında; elektrokimyasal ve eş zamanlı spektroelektrokimyasal ölçümlerden elde edilen veriler, oksijen elektrokatalizine yönelik ilave hidrodinamik voltametri veya elektrokromik uygulanabilirlik için ekstra destek sağlamaya yönelik elektrokolorimetrik ve elektrokromik film ölçümleri yapmak amacıyla birlikte değerlendirildi. Sözkonusu değerlendirmeye göre, mononükleer ftalosiyanin bileşiklerinin oksijen indirgenmesindeki elektrokatalitik aktiviteleri, hidrodinamik dönen disk elektrot ve bipotansiyostatik dönen halka-disk elektrot voltametri ölçümleri ile belirlendi. Redoks aktif metal merkeze sahip mangan, demir ve kobalt komplekslerinin oksijen indirgenmesindeki elektrokatalitik performanslarının, redoks aktif olmayan metal merkeze sahip olanlara göre daha yüksek olduğu görüldü. Diğer taraftan, elektrokimyasal olarak oluşturulmuş indirgenmiş ya da yükseltgenmiş türlerin genel olarak orijinal bileşiklerden farklı renklere sahip oldukları gözlendi. Ayrıca, redoks süreçlerine genel olarak net spektral değişimleri ve böylece net renk geçişleri eşlik etti. Bu sebeple çalışmanın son basamağında, bu bileşiklerin sulu çalışma ortamında elektrokromik malzeme olarak kullanılabilirliğini değerlendirmek amacıyla ITO (indiyum kalay oksit) elektrot film yüzeyi; sprey ve Langmuir-Blodgett tek tabaka ya da çoklu tabaka teknikleri ile kaplandı. Söz konusu filmlerin eş zamanlı spektrokronoamperometrik ölçüm sonuçları, radikalik karaktere sahip olan dinükleer sandviç tipi ftalosiyanin bileşiklerinin mononükleer ftalosiyanin bileşiklerine göre çok daha iyi elektrokromik özelliklere sahip olduğunu ve elektrokromik aygıt uygulamalarında kullanılabileceğini gösterdi.