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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37474| Título: | Estudo da força do segmento aceitador de elétrons em copolímeros derivados de fluoreno |
| Título(s) alternativo(s): | Study of the strength of the electron acceptor segment in fluorene-derived copolymers |
| Autor(es): | Toledo, Harison Jean de |
| Orientador(es): | Rodrigues, Paula Cristina |
| Palavras-chave: | Copolímeros Dispositivos optoeletrônicos Polímeros - Síntese Fluoreno Transistores Copolymers Optoelectronic devices Polymers - Synthesis Fluorene Transistors |
| Data do documento: | 23-Nov-2023 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Curitiba |
| Citação: | TOLEDO, Harison Jean de. Estudo da força do segmento aceitador de elétrons em copolímeros derivados de fluoreno. 2023. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2023. |
| Resumo: | As pesquisas acerca de fontes alternativas de energia têm sido impulsionadas pelo consumo crescente e pela preocupação ambiental com a conversão de energia a partir de recursos não renováveis. Nesse contexto, a conversão da luz solar em energia elétrica, com a aplicação do efeito fotoelétrico, já vem sendo explorada e aprimorada há algumas décadas. Os dispositivos que realizam essa conversão de energia são construídos, principalmente, à base de materiais inorgânicos, como o silício. Esses materiais, entretanto, não apresentam algumas características, como flexibilidade, leveza e facilidade de processamento – propriedades que são observadas nos polímeros. Normalmente, os polímeros são tidos como materiais isolantes, porém, aqueles que apresentam ligações duplas conjugadas em suas estruturas são capazes de conduzir corrente elétrica, por meio da transferência de elétrons pelos orbitais pz, perpendiculares ao plano das ligações químicas entre os átomos de carbono. O conjunto das propriedades semicondutoras e mecânicas dos materiais poliméricos despertaram o interesse dos pesquisadores para a sua aplicação em células fotovoltaicas. Dentre as configurações já estudadas, nota-se que a célula solar de heterojunção apresenta maior eficiência na conversão de energia, visto que ela conta com unidades doadoras e aceitadoras de elétrons, facilitando o transporte de elétrons e buracos (vacâncias deixadas pelos elétrons). As unidades aceitadoras apresentam átomos eletronegativos em sua estrutura, e por isso tendem a receber elétrons, ao contrário das doadoras, que possuem maior facilidade em cedê- los. Diante disso, buscou-se avaliar a influência do segmento aceitador em polímeros contendo um derivado do fluoreno (F) como unidade doadora. Para tal finalidade, foi realizada a síntese química dos polímeros, utilizando o benzotiadiazol (BT) e um derivado do dicetopirrolopirrol (DPP) como segmentos aceitadores. A reação de Suzuki foi empregada na síntese dos copolímeros doador-aceitador F-BT, F-DPP, e do copolímero estatístico F-BT-F-DPP. Análises espectroscópicas de ressonância magnética nuclear (RMN) e de absorção na região do infravermelho confirmaram a obtenção das estruturas pretendidas. Quanto às propriedades fotofísicas, os materiais foram caracterizados por espectroscopia de absorção na região do UV-Vis e espectroscopia de fotoluminescência. O copolímero estatístico exibiu amplo espectro de absorção, com bandas referentes às transições π-π* dos blocos F-BT e F-DPP, com um ligeiro deslocamento hipsocrômico da banda referente à transição HOMOLUMO do F-DPP. O espectro de emissão também teve bandas deslocadas para o azul no F-BT-F-DPP evidenciando o efeito da alteração da unidade aceitadora de elétrons nos copolímeros. Resultados preliminares indicam o potencial de aplicação dos polímeros derivados de DPP em dispositivos eletrônicos, como transistores orgânicos eletroquímicos e células fotovoltaicas. |
| Abstract: | The research on alternative energy sources has been driven by increasing consumption and environmental concerns regarding the conversion of energy from non-renewable resources. In this context, the conversion of solar light into electrical energy, utilizing the photoelectric effect, has been explored and refined for several decades. Devices that perform this energy conversion are primarily constructed using inorganic materials, such as silicon. However, these materials lack certain characteristics, such as flexibility, lightness, and ease of processing – properties observed in polymers. Typically considered insulating materials, polymers with conjugated double bonds in their structures can conduct electrical current through the transfer of electrons along pz orbitals perpendicular to the plane of chemical bonds between the carbon atoms. The combination of semiconductor and mechanical properties of polymeric materials has piqued researchers’ interest in their application in photovoltaic cells. Among the studied configurations, it is noted that the heterojunction solar cell exhibits higher efficiency in energy conversion. This is due to the presence of electron-donating and electron-accepting units, facilitating the transport of electrons and holes (electron vacancies). Acceptor units have electronegative atoms in their structure and thus tend to receive electrons, unlike donor units, which have greater ease in donating them. Considering this, the study aimed to assess the influence of the acceptor segment in polymers containing a fluorene (F) derivative as a donor unit. For this purpose, the chemical synthesis of polymers was performed using benzothiadiazole (BT) and a derivative of diketopyrrolopyrrole (DPP) as acceptor segments. The Suzuki reaction was employed in the synthesis of donoracceptor copolymers F-BT, F-DPP, and the statistical copolymer F-BT-F-DPP. Nuclear magnetic resonance (NMR) and infrared absorption spectroscopic analyses confirmed the desired structures. Regarding photophysical properties, the materials were analyzed by UV-Vis absorption spectroscopy and photoluminescence spectroscopy. The statistical copolymer exhibited a broad absorption spectrum with bands corresponding to π-π* transitions of F-BT and F-DPP blocks, with a slight hypsochromic shift of the band related to the HOMO-LUMO transition of F-DPP. The emission spectrum also showed blue-shifted bands in F-BT-F-DPP, highlighting the effect of altering the electron acceptor unit in the copolymers. Preliminary results indicate the potential application of DPP-derived polymers in electronic devices, such as organic electrochemical transistors and photovoltaic cells. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/37474 |
| Aparece nas coleções: | CT - Química |
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