Polythiophene và dẫn xuất ppt

Polythiophene và dẫn xuất: Một Polymer dẫn điện
nhiều tiềm năng (Phần 2)
(H2N2)-Công nghệ OLED (Organic light-emitting
diode) đã và đang thực sự chứng tỏ sức mạnh của
mình, nó đang dần dần thay thế công nghệ LCD, mặc
dù công nghệ OLED chưa đưa vào ứng dụng phổ
biến như cộng nghệ LCD hiện nay. Bằng chứng là
các thiết bị điện tử công nghệ cao như laptop và điện
thoại di động hay tivi đã ứng dụng thành công công
nghệ OLED để cho ra nhưng sản phẩm đẹp mắt và
khá ấn tượng. Phần 1 đã nêu lên loại vật liệu chế tạo
pin năng lượng là một dẫn xuất của polythiophene
gọi là PEDOT, thì trong phần 2 này vật liệu chính để
chế tạo OLED là polythiophene không mang bất kì
một nhóm thế nào. Trong phần 2 này, tác giả sẽ giới
thiệu một phương pháp tổng hợp rất mới mà các nhà
khoa học đã phát triển vào cuối năm 2010.

Màn hình laptop làm từ công nghệ OLED
Kể từ khi polythiophene được tổng hợp ra, người ta
thấy rằng đây là một loại polymer “cứng” rất khó gia
công tạo hình cho sản phẩm vì thế trong những năm
thập niên 90 người ta muốn tổng hợp một
polythiophene mềm hơn bằng các monomer là dẫn
xuất của thiophene như 3-metylalkylthiophene, nhóm
alkyl thường là n-octyl. Mặc dù mục đích tạo ra
polymer mềm đã thành công nhưng một điều trớ trêu
rằng poly(3-metylalkylthiophene) được tạo thành lại
ở dạng atactic (bất đều hòa vị trí nhóm alkyl).

Cấu trúc bất đều hòa của poly(3-

metylalkylthiophene)
Chính cấu trúc bất đều hòa thế này đã phá vỡ hệ
thống liên hợp “phẳng” pi, nên tính dẫn điện của sản
phẩm tạo thành bị giảm đáng kể. Vì thế, những năm
gần đây các nhà khoa học đã tìm ra các phương pháp
tổng hợp polythiophene ở dạng màng hoặc tạo ra các
hạt ở kích thước nano qua con đường “bottom up”.
Vào cuối năm 2010 các nhà khoa học đã tổng hợp
thành công polythiophene với kích thước các hạt
nano bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương trong
môi trường nước thông qua việc sử dụng chất hoạt
động bề mặt là sodium dodecyl sulfonate (SDS).
Phương pháp này sử dụng xúc tác là các muối Cu(II).
So với việc sử dụng muối Fe(III) thì khi sử dụng
muối Cu(II) các hạt nano được hình thành rất đồng
đều. Các muối Cu(II) khác nhau sẽ ảnh hưởng đến
hiệu suất, tính chất và hình thái của polythiophene.
Các muối như Cu(NO
3
)
2
, CuSO
4
, CuCl
2
đều cho thấy
có hiệu quả xúc tác cho quá trình trùng hợp. Các hạt
polythiophene được hình thành ở dạng hình cầu
đường kính 60-100 nm với hiệu suất 86 – 98%. Khi
sử dụng muối CuBr

2
thì polythiophene được sinh ra
với cấu trúc vô định hình và hiệu suất thấp 39%. Sau
phản ứng, người ta tiến hành doping polymer bằng I
2

nhằm giúp cho polymer có khả năng dẫn điện.
Trong phương pháp trùng hợp nhũ tương mà các tác
giả đã sử dụng, ngoài hệ phân tán là nước, monomer
thiophene, chất hoạt động bề mặt, xúc tác là muối
Cu
2+
thì còn có mặt của H
2
O
2
30%. Vai trò của H
2
O
2

nhằm tái sinh lại Cu
2+
theo cơ chế (do đó mà lượng
Cu
2+
được sử dụng là rất ít):
Cu
+
+ H

2
O
2
= Cu
2+
+ H
2
O + O
2



Phản ứng tổng hợp polythiophene
Các nghiên cứu khi sử dụng chất xúc tác là các loại
muối đồng II khác cũng được tiến hành. Quá trình
nghiên cứu ảnh hưởng của các loại xúc tác muối Cu
(II) khác nhau đến hiệu suất – vận tốc phản ứng được
biểu diễn trong hình dưới đây:

Hiệu suất và vận tốc phản ứng của trùng hợp
polythiophene khi sử dụng các muối đồng II khác
nhau.
Hình trên chỉ rõ muối Cu(NO
3
)
2
là chất xúc tác cho
hiệu suất và vận tốc cao nhất, kế đến là CuSO
4
và

CuCl
2
. Các kết được tổng kết trong bảng dưới.

Hiệu suất và hình dạng của polythiophene khi dùng
các muối đồng II khác nhau.

Hình dạng của polythiophene được xem dưới SEM:
(a và b) CuCl
2
; c) CuBr
2
; (d và e) CuSO
4
; (f và g)
Cu(NO
3
)
2
.
Kết luận:
Trong các nghiên cứu này, trùng hợp nhũ tương oxy
hóa của thiophene trong môi trường nước với một
loạt các xúc tác là muối đồng (II) với sự hiện diện
của SDS là chất hoạt động bề mặt và H
2
O
2
. Kết quả cho thấy muối đồng khác nhau có ảnh
hưởng khá rõ ràng về vận tốc trùng hợp cũng như

hình thái và tính chất của polythiophene. Việc sử
dụng các muối Cu(II) như CuCl
2
, CuSO
4
và
Cu(NO
3
)
2
làm chất xúc tác giúp phản ứng có thể đạt
được hiệu suất cao và các hạt polythiophene tạo ra có
hình cầu với kích thước nano. Ngược lại, khi sử dụng
muối CuBr
2
làm xúc tác thì polythiophene thu được
có hình thái bất thường và hiệu suất phản ứng cũng
rất thấp. Mặt khác khi doping bằng I
2
thì
polythiophene với các chất xúc tác CuCl
2
, CuSO
4
và
Cu(NO
3
)
2
cũng cho độ dẫn, độ bền nhiệt cao hơn so

với khi dùng xúc tác CuBr
2
[1].
Ứng dụng của polythiophene vào OLED

Cấu trúc OLED
Tấm nền (substrate) – làm từ nhựa trong, thủy tinh,
… Tấm nền có tác dụng chống đỡ cho OLED.
Anode (trong suốt) – anode sẽ lấy đi các electron
(hay tạo ra các lỗ trống mang điện dương) khi có một
dòng điện chạy qua thiết bị.
Các lớp hữu cơ – các lớp này được tạo thành từ các
phân tử hữu cơ hay polymer.
Lớp dẫn (conductive layer) – lớp này được làm từ các
phân tử hữu cơ dẻo có nhiệm vụ truyền tải các lỗ
trống từ anode. Một polymer dẫn được sử dụng trong
các OLED là polyaniline.
Lớp phát sáng (emissive layer) – lớp này được làm từ
các phân tử hữu cơ dẻo (nhưng khác loại với lớp dẫn)
có nhiệm vụ truyền tải các electron từ cathode. Một
loại polymer dùng trong lớp phát sáng là
polythiophene.
Cathode (có thể trong suốt hoặc không tùy thuộc vào
loại OLED) – cathode sẽ tạo ra các electron khi có
dòng điện chạy qua thiết bị. [2]
Nguyễn Cao Thạch (Chỉnh sửa bởi nhóm Ichem)
Nguồn Cyberchemvn.com
Tham khảo
[1] Sciencedirect, Facile synthesis of dispersible
spherical polythiophene nanoparticles by copper(II)

catalyzed oxidative polymerization in aqueous
medium Synthetic Metals, Volume 160, Issues 9-10,
May 2010, Pages 921-926 Zi Wang, Yanyan Wang,
Dong Xu, Eric Siu-Wai Kong, Yafei Zhang.
[2]