„Poly-3,4-ethylendioxythiophen“ – Versionsunterschied
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'''PEDOT:PSS''' (Poly-3,4-Ethylendioxy-Thiophen) ist eine [[Polymer|polymere]] [[chemische Verbindung]], die aus 2,5-verketteten [[EDOT]]-Einheiten besteht. Es gehört zur Klasse der [[leitfähige Polymere|leitfähigen Polymere]]. Das über das gesamte [[Molekül]] ausgedehnte System von [[Konjugierte Doppelbindung|konjugierten Doppelbindungen]] in Verbindung mit einer „[[Dotierung#Organische_Halbleiter|Dotierung]]“ mit einem [[Anion|negativ geladenen Gegenion]] ermöglicht die [[Elektrische Leitfähigkeit|Leitfähigkeit]]. Im oxidierten, leitfähigen Zustand werden die Ladungen der [[Defektelektron]]en in den konjugierten Ketten durch eingelagerte Anionen kompensiert. PSS bedeutet Poly[[sulfonsäure]] und stellt das negative Gegenion zum positiv geladenen Polymer da. Je nach Einsatzbereich wird PEDOT auch mit anderen Gegenionen hergestellt. Beispielsweise ist PEDOT:Iodid ein [[Anionenaustauscher]] |
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PEDOT wird durch [[Oxidation|oxidative]] [[Polymerisation]] von EDOT hergestellt. Bei der chemischen Präparation fällt es als unlöslicher, schwarzer Niederschlag aus. Ein geeignetes Oxidationsmittel ist [[Eisen(III)-chlorid]] (FeCl<sub>3</sub>). Wasser, [[Methanol]], [[Ethanol]], [[Acetonitril]] und andere polare Lösungsmittel können für die Synthese verwendet werden.<ref name="Machida">{{Literatur | Autor = S. Machida, S. Miyata, A. Techagumpuch | Titel = Chemical synthesis of highly electrically conductive polypyrrole | Sammelwerk = Synthetic Metals | Band = 31 | Jahr = 1989 | Nummer = 3| Seiten = 311–318| DOI= 10.1016/0379-6779(89)90798-4}}</ref> Bei der elektrochemischen Polymerisation von PEDOT scheidet es sich als schwarze, elektrisch leitfähige Schicht auf der [[Anode]] ab. |
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Um ''n'' [[Pyrrol]]einheiten zu verketten, werden idealerweise 2·''n''−2 Elektronen entzogen. Das PEDOT wird während der Polymerisation wegen seines im Vergleich zum EDOT niedrigeren Oxidationspotentials ebenfalls oxidiert. Der [[Oxidationsgrad]] liegt in der Regel zwischen 0,25 und 0,4. Folglich trägt jede dritte bis vierte [[Monomer]]einheit in der Polymerkette eine positive Ladung.<ref name="Heinze">{{Literatur | Autor = Jürgen Heinze | Herausgeber = Steckhan, Eberhard (Hrsg) | Titel = Electronically conducting polymers | Sammelwerk = Electrochemistry IV. Topics in Current Chemistry. 152 | Ort = Berlin/Heidelberg | Verlag = Springer | Jahr = 1990 | ISBN = 3-540-51461-9 | Seiten = 1–47 | DOI = 10.1007/BFb0034363}}</ref> Zur Ladungskompensation werden deshalb während der Polymerbildung Anionen des Leitsalzes eingebaut. Das verwendete Gegenion bestimmt maßgeblich die Polymereigenschaften. |
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EDOT wird im ersten Reaktionsschritt zum [[Radikale (Chemie)|Radikal]][[kation]] oxidiert, das ein wesentliches Intermediat der oxidativen Polymerisation ist. Zwei Radikalkationen koppeln zum [[Dimer|dimeren]] Dikation. Möglicherweise werden bereits während dieser Dimerisierung simultan zwei Wasserstoffionen abgespalten.<ref name="Lowen"> |
EDOT wird im ersten Reaktionsschritt zum [[Radikale (Chemie)|Radikal]][[kation]] oxidiert, das ein wesentliches Intermediat der oxidativen Polymerisation ist. Zwei Radikalkationen koppeln zum [[Dimer|dimeren]] [[Dikation]]. Möglicherweise werden bereits während dieser Dimerisierung simultan zwei Wasserstoffionen abgespalten.<ref name="Lowen">{{Literatur | Autor = Stephen V. Lowen, John D. Van Dyke | Titel = Mechanistic studies of the electrochemical polymerization of pyrrole: Deuterium isotope effects and radical trapping studies | Sammelwerk = Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry | Band = 28 | Jahr = 1990 | Nummer = 3| Seiten = 451–464| DOI= 10.1002/pola.1990.080280301}}</ref> Da das Oxidationspotential des nun gebildeten Bimers unter dem des Monomers liegt, wird es sofort zum Radikalkation oxidiert. Die Polymerisation setzt sich allerdings nur dann fort, wenn das Oxidationspotential ausreichend hoch bleibt, um weiteres EDOT zum Radikalkation zu oxidieren. |
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PEDOT wird in der Sensortechnik, [[Solarzellen]]technik und [[Mikrobiologie]] verwendet. Durch spezielle Verfahren kann man selbst Enzyme auf der Polypyrroloberfläche [[Immobilisierung|immobilisieren]]. |
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Version vom 13. Januar 2012, 22:38 Uhr
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PEDOT:PSS (Poly-3,4-Ethylendioxy-Thiophen) ist eine polymere chemische Verbindung, die aus 2,5-verketteten EDOT-Einheiten besteht. Es gehört zur Klasse der leitfähigen Polymere. Das über das gesamte Molekül ausgedehnte System von konjugierten Doppelbindungen in Verbindung mit einer „Dotierung“ mit einem negativ geladenen Gegenion ermöglicht die Leitfähigkeit. Im oxidierten, leitfähigen Zustand werden die Ladungen der Defektelektronen in den konjugierten Ketten durch eingelagerte Anionen kompensiert. PSS bedeutet Polysulfonsäure und stellt das negative Gegenion zum positiv geladenen Polymer da. Je nach Einsatzbereich wird PEDOT auch mit anderen Gegenionen hergestellt. Beispielsweise ist PEDOT:Iodid ein Anionenaustauscher
Synthese
PEDOT wird durch oxidative Polymerisation von EDOT hergestellt. Bei der chemischen Präparation fällt es als unlöslicher, schwarzer Niederschlag aus. Ein geeignetes Oxidationsmittel ist Eisen(III)-chlorid (FeCl3). Wasser, Methanol, Ethanol, Acetonitril und andere polare Lösungsmittel können für die Synthese verwendet werden.[1] Bei der elektrochemischen Polymerisation von PEDOT scheidet es sich als schwarze, elektrisch leitfähige Schicht auf der Anode ab. Um n Pyrroleinheiten zu verketten, werden idealerweise 2·n−2 Elektronen entzogen. Das PEDOT wird während der Polymerisation wegen seines im Vergleich zum EDOT niedrigeren Oxidationspotentials ebenfalls oxidiert. Der Oxidationsgrad liegt in der Regel zwischen 0,25 und 0,4. Folglich trägt jede dritte bis vierte Monomereinheit in der Polymerkette eine positive Ladung.[2] Zur Ladungskompensation werden deshalb während der Polymerbildung Anionen des Leitsalzes eingebaut. Das verwendete Gegenion bestimmt maßgeblich die Polymereigenschaften.
Reaktionsmechanismus
EDOT wird im ersten Reaktionsschritt zum Radikalkation oxidiert, das ein wesentliches Intermediat der oxidativen Polymerisation ist. Zwei Radikalkationen koppeln zum dimeren Dikation. Möglicherweise werden bereits während dieser Dimerisierung simultan zwei Wasserstoffionen abgespalten.[3] Da das Oxidationspotential des nun gebildeten Bimers unter dem des Monomers liegt, wird es sofort zum Radikalkation oxidiert. Die Polymerisation setzt sich allerdings nur dann fort, wenn das Oxidationspotential ausreichend hoch bleibt, um weiteres EDOT zum Radikalkation zu oxidieren.
Datei:Polymerisation pedot.pdf.jpg
Anwendung
PEDOT wird in der Sensortechnik, Solarzellentechnik und Mikrobiologie verwendet. Durch spezielle Verfahren kann man selbst Enzyme auf der Polypyrroloberfläche immobilisieren.
Weblinks
Einzelnachweise
- ↑ S. Machida, S. Miyata, A. Techagumpuch: Chemical synthesis of highly electrically conductive polypyrrole. In: Synthetic Metals. Band 31, Nr. 3, 1989, S. 311–318, doi:10.1016/0379-6779(89)90798-4.
- ↑ Jürgen Heinze: Electronically conducting polymers. In: Steckhan, Eberhard (Hrsg.): Electrochemistry IV. Topics in Current Chemistry. 152. Springer, Berlin/Heidelberg 1990, ISBN 3-540-51461-9, S. 1–47, doi:10.1007/BFb0034363.
- ↑ Stephen V. Lowen, John D. Van Dyke: Mechanistic studies of the electrochemical polymerization of pyrrole: Deuterium isotope effects and radical trapping studies. In: Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. Band 28, Nr. 3, 1990, S. 451–464, doi:10.1002/pola.1990.080280301.