Electropolymerization and electrochemical properties of poly(N-(N-carbazolylalkyl)aniline)

4
Electropolymerization and electrochemical properties of polyN -N -carbazolylalkyl)aniline) q Jong-Wook Park a, * , Ji-Hoon Lee b , Ho-Cheol Park c , Jang-Myoun Ko c a Department of Polymer Engineering, Chungju National University, Chungju, Chungbuk 380-702, Republic of Korea b Corporate R&D Center, Samsung SDI, Suwon 442-391, Republic of Korea c Department of Industrial Chemistry, Taejon National University of Technology, 300-717, Republic of Korea Received 15 September 2000; accepted 28 January 2001 Abstract We synthesized N -carbazolylalkyl ethyl, propyl, butyl, hexyl) aniline which has carbazole and aniline functional group together. PolyN -N -carbazolylalkyl)aniline) has been synthesized by electrochemical polymerization in an acetonitrile solution containing 1 M H 2 SO 4 on the platinum electrode. Polymer ®lm showed reversible process in redox reaction and typical oxidation of aniline group. PolyN -N -carbazolylhexyl)aniline) PNCHA) showed clearly two oxidation peaks at around 0.65 and 0.75 V during electropoly- merization. The color of polyN -N -carbazolylalkyl)aniline) changed from transparent light-green in reduction state to dark green in oxidation state. Ó 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PACS: 71.23.-k Keywords: Electropolymerization; Aniline; Carbazole; Electrochromic property 1. Introduction Since polyacetylene doped by oxidizing or reducing agents showed good electrical conductivity, many stud- ies have been devoted to the electrical properties of the conjugated polymers [1]. Among these conducting polymers, polyaniline PANI) has received great atten- tion owing to its good stability in the presence of oxygen and water and its valuable electrochemical properties for the development of batteries and electrochromic display devices [2]. Carbazole derivatives also have been of great interest because of their useful applications, especially in the ®eld of electrophotograph and electroluminescence EL) device [3]. We also reported the synthesis and electrochemical properties of new carbazole derivatives such as poly{5-[[6-N -carbazolylhexyl)oxy]methyl]-2-nor- bornene} PNCHN) and poly[bisN -carbazolyl)-n-hexyl dipropargylmalonate] PBCHDPM) [4,5]. Generally, in organic EL device, PANI is a useful buer layer on top of ITO anode electrode and carbazole moiety has good hole-transporting property to emitting material. So, here, we report the result on electropolymerization and the electrochemical properties of polyaniline derivatives, polyN -N -carbazolylalkyl)aniline) alkyl ethyl, propyl, butyl, hexyl) containing carbazole moiety. Our motiva- tion for this synthesis is based on the fact introducing buer layer property and hole-transporting property together into a molecule. 2. Experimentals 2.1. Materials and instruments Carbazole, 1,6-dibromohexane, aniline, and sodium hydride were purchased from Aldrich and used without further puri®cation. Solvents were puri®ed by normal procedures and handled under moisture-free atmo- sphere. 2.2. Measurement of electrochemical properties Acetonitrile was selected for the electrochemical po- lymerization of N -N -carbazolylalkyl)aniline NCAA) Current Applied Physics 1 2001) 129±132 www.elsevier.com/locate/cap q Original version presented at the International Workshop on Quantum Transport in Synthetic Metals II, Seoul, Korea, 28±31 August 2000. * Corresponding author. Tel.: +82-43-841-5423; fax: +82-43-841- 5420. E-mail address: [email protected] J.-W. Park). 1567-1739/01/$ - see front matter Ó 2001 Elsevier Science B.V. All rights reserved. PII: S 1 5 6 7 - 1 7 3 9 0 1 ) 0 0 0 0 4 - 9

Transcript of Electropolymerization and electrochemical properties of poly(N-(N-carbazolylalkyl)aniline)

�������������� ���� �� ������������ � ���������� ������� ��� �� �� ���� ���� ������� �

��������� � �� ��� ������� ��� �� ��� ���� � �� �� � ���!�"� #� �

���������� �� ��� ������������ ������� ������� ��������� � �������� �������� ���� �!� "������# $���� ������� "%� ������� &������ &�'� &�(� ))!��*+� "������# $���

� ���������� '�,������� �������� � -���� ������� ��������� -�#���� � ���� + � "������# $���

$����%�� &' (������� )***+ ������� ), � �" � )**&

��������

�� ���������� ��� �� ���� ��� ������ ������ �"��� ��-�� ������ .���� � � � �� ���� �� ������ �"������ � ���"� ��������/����� �� �� �� ���� ���� ������� � � ���� ���������� � ������������ � ������� ���� �� � ����������� ���"���� ���� ����� & !�)(01 �� ��� �� ���" ���������/ ����� 2� ���.�� ��%������� ������� �� ����- �� ����� �� ���� � �-�� ���� �� ������ ���"�/

����� �� �� �� ������-�� ������� ��3 �4� ���.�� ��� �� �.� �-�� ���� �� �� � ��"�� */5' �� */6' 7 �"���� �����������

���� ����/ 8�� ����� �� ����� ���� �� ���� ���� ������� �� ���� ��� �� ��� ���� ����������� �� ���"����� �� �� �� � �� ����� ��

�-�� ���� �� ��/ � )**& ����%��� (������ 9/7/ 4�� ������ �����%��/

�.�&/ 6&/):/��

$� (�,�/ �������������� ����+ 4������+ �� ����+ ������������� �������

� ���� ������

(���� ��� ������� ����� � �-������� �� ���"���� ����� ���.�� ���� �������� � ����"���%��� � ��"����� � %� ���� ��%���� �� ��� �������� � ���������� �� ������;"� ��� ������ <&=/ 4��� ����� ����"������������ ��� ������ ��43>� � � �����%�� ��� � ��������� �.��� �� ��� ���� �� ����� �� ��� �������� �� �-��� �� . ��� �� ��� % �" ��� ������������ � ���������� ������ ��%������� �� � ������� �� ������������� ����� ��%���� <)=/ �� ���� ����% ��%�� ��� � %� ���� �� ��� ��������� ��� "�� �� ����� "���"� ����� ������ ������ �� ����� 2��� �� �������������� �� �� ��������"������������� ��%��� <:=/ �� ��� �������� ��� �������� �������������� � ���������� �� ��. � �� ���� ����% ��%���"�� � ���?'�<<�5�� �� �� ������-���-=����=�)������������@ ��3 �3� �� ���<����� �� �� ����������-������� ��� ��� ��= ��9 �A�!� <1�'=/ B���� ��� ����� ��� �� ��%���� �43> �� "���"� �"C�� � �� �� ���

�� >80 ���� ��������� �� � �� ���� ���� � � ����������� ��������� ������� �� ������� ���� �/ (������� .� ������ ��� ���"�� �� �������������� ���� ����� ������������ � ���������� �� ��� ������ ����% ��%�������� �� �� �� ���� ���� ������� � ���� ����� �������"��� ��-�� ���� ����� � �� ���� ����/ 0"� ���% ����� ��� ���� �������� �� � ��� �� ��� � �� ������"�����"C�� � �� ������� �� ������� ��������� ��������������� ���� ����"��/

� �������������

!0+0 1�������� ��, �����������

�� ����� &�5���������- ��� ������� �� ����"������ .��� �"��� ��� ��� 4������ �� "��� .����"��"����� �"��2� ����/ (��%���� .��� �"��2�� � ��� �������"��� �� � ����� "���� ����"������� ���������/

!0!0 1���������� ���#��#����#�� ���������

4����������� . � �������� ��� ��� ������������ � �������� ���� �� � ��� �� �� ���� ���� ������ �3 44�

"����� 4������ ������ & �)**&� &)DE&:)

.../����%���/��F��� ��F� �

�0����� � %������ ��������� � ��� >����� ���� � �������� ��

G" ��" 8� ������ �� (������� !�� �� >>� (��"�� #��� � ),E:&

4"�"�� )***/� ������������ "����/ 8��/H I,)�1:�,1&�'1):+ � -H I,)�1:�,1&�

'1)*/

������ �,,����/ ;���� ��J�"�.��/��"��;"/ �/�� ��/��/ � ���/

&'56�&6:DF*&FK � ��� ����� ���� � )**& ����%��� (������ 9/7/ 4�� ������ �����%��/

�>>H ( & ' 5 6 � & 6 : D � * & � * * * * 1 � D

����� ������� ����"�� . � �����"��� �� ���� ���" �� ��"� �� . � ��������� � 2� �� ��� �"�� �� �����������/ ����� �� �� �� ���� ���� ������� ��3 44�.��� ��������� � ������ ��� ������� � �� �� ���"���� ��������� .��� � �� �� *�)' �) �� ��������������"���� �)* �� ���� ����� 'L . ��� � %��"�� & !�)(01 �) ��� �� */& � ����� 3 44/ �������������� . � ���������� � ��������� ��� �� �������"�� �"���� ��� �������������� ����/ 8�� �����"�� �� ���� .��� */1 �� &�) ��)

/ 4���� ��� �������� �� ��� . � � ����� ��� � ��� . � ������ .��� ������������� ���"���� ���� ����� & ! �)(01 �� ���%������ �� ����� ���"��� ����"���/ 8�� ������������� � � �"������ .��� �������� �� ��������������"���� ���� ����� & ! �)(01 �� */& ! ���� �"��� ���" �������� �� �894��/ 4� .��� �� �� ���"���� .��� "��� � ��������� �� ��"���� ������������������%��/ ���� %��� ����� . %�� .��� ��������� "���� ���"�� A���� �4�:*& ���������� �F� �% ����� � �M"����� .��� �4�:*& �"������ � ����� ��� �� � NEO ��������/P��/ : ���.�� �.��� � �� ����������� �� ����� %���

� ��� � �� �3 �4 2� .��� ��� �.���� .����������� �� ��� ������� � � ��� �� */)*E*/6' 7/ ������������� � � � ����� � �� � � �� )* 7F� �� ������.�+ ')* 7 ���� �� ����� &�� 5'* 7 ���� �� �����)�� 1D* 7 ���� �� � �������� *�) 4��

)���� �� �����

&�� */:5 4��)���� �� ����� )�� */1, 4��

)���� ��

� �������/ 8�� ����- �� � �"����� % �"� ����� ��� � ����.��� � ��� ����� ��� �� ��� �� � ������� � ������ .��� ���� ����������� �� �� � � ��/ 8�� �� � �"����� % ��"�� ��� ���� ��� ��� ����� %��� ��� � �� ���� �.��� ��� �.��� � ��� �"�������� �� � ��� ����- �� ����� ��M"��� ��%������� �� ������"����� �� ��� ������� � � ����� */)E*/6' 7 %�/ 4��4��/

!0�0 & ������� � �2��� ��3 �4#����5�� 2�4 2�#����+� � � 64

8�� ����"�� . � ���������� "���� �� ����� ������ � � ���/ 8� �-�"�� �� � �� ���� �&* �� */*5 ����������� �1* ��� ������������ ���" ���������*/' ��� �� M"��"� '*L ����" ����-���� �-���� �"�� �&*����� �M"�% ���� �� � �� ����� �� &�5����������- �� . � ���� "���� ��������/ 4���� ��� ��Q"-��� &) �� ��� ����"�� . � �-�� ���� .��� ���������/8��� ��� ���"����� ����"�� . � . ���� .��� ������������ ��� M"��"� ���"���� �)*L� &** �� �� �����.��� �����"� �����" �"�� ��/ 8�� ���%��� ��"��� ���� &�5���������- �� .��� ���%�� "���� ����"��� �����"��/ 8�� �����"� . � ������ ������ ����������/ O����H ,'L/ &��3!$ � A �:�� &/:5E&/,1 <�,�� �� �)��1=+ :/:& <�� )�� � �)9�� � � 5�' ��=+ 1/)' <��)�� � �)3� � � 6 ��=+ 6/)E,/) <� ,�� �� ��� �������� �� � �� ����=/ >$ �#9� ������� ��&�+ &::6�� �3��6'*� 6)' �� �� � �� ���� ���� �"� �� �� ���� '16 �� �9��/

!0)0 & ������� ������ � �2� �#����5 ���3 �4�������2�4 2�#���� +� � � 64

8�� ����� . � ���������� � ��� �� ����� �� ������ �� � �/ 8� ��� �-�"�� �� � � �&, �� */*'' ��� �� #) 0: �&'/) �� */&&* ��� �� A!P �1** �� . � ���� ����.��� ������ �&*/) �� */&&* ��� �����.�� ���Q"-��� ��� &) �/ 8�� ���"���� . � ��"��� ���� . ��� �� �-�� ���� .��� ���� ��� �� �� ����� .��� ������"� �����" �"�� ��/ 8�� ���%��� �� "��� ���� ������ .��� ���%�� "���� ���"��� �����"��/ 8�� ������"� . � �"��2�� � "���� ����� ���� ���"� ���� ����� �� ���"���+ ���� ��� ��H ����- ��� &H:�/ O���� ,,L/&��3!$ � A �:�� &/)6E&/,D <� ,�� �� �)��1=+ )/DD<�� )�� � �)3� �� ������� � � 5�, ��=+ 1/)1 <�� � �)3��� � �� ����� � � 6 ��=+ 5/'*E,/&* <� &&�� �� ����������=/ &: �3!$ � A �:�� &1*/:� &:5/'� &:5/)� &:'/&�&)'/'� &))/6� &)*/:� &&,/6� &*,/6� &*,/5� 6*/,� 56/D� 1)/6/>$ �#9� ������� ��&�+ :1*5 ��3�� ������ � �� ��� ��� ����������� &5*)� &1,1 �� � �� ��� ������������&::1 �� �3�� 6'*� 6)' �� �� � �� ���� ���� �"� �� �� ���/������ � � ���� � ��/ ��� )1�)53) H � ,1/&' H ��6/55 H 3� ,/&D/ P�"��H � ,1/*6 H �� 6/5) H 3� ,/):/

� ������� �� ���������

�� ���������� ��"� ����� �� ������� � ��� �� ��� ��������� ������ �3 �4�� � ��� �� �� ����������� ������ �3 �4�� � ��� �� �� �����"��� �������3 94�� � ��� �� �� ������-�� ������ �3 �4�� ����.� �� ����� &/8�� ����� %��� ��� � � 7� �������� �"���� ���

�������������� ���� �� ��� �3 44 �� ��������������"���� ���.�� �������� �-�� ���� �� � �� �������� � */,E*/D 7 %�/ 4� .��� �� ��� 2��� ����� ����.� �� P���/ & �� )/

(���� &/ (������� �� ������ � ��� �� �� ��� ���� ������/

&:* 70�80 ���� �� ��0 9 ������� .�����, �� ��#� + 2!��+4 +!*:+�!

4�� ����� ���.�� ����� �.� 7 �� �� �"������������������ ���� �� �� ���� �� ���� ��������������� 2� �� ��� �� .������ ���������/ 3 �4� 3 �4 �� 3 94 �������������� ���� ���.�� ��� ��%����.�� 2� ��������� �� � 3 �4� �� 3 �4 � ���� �� �.� �-�� ���� �� �� � */5' �� */6' 7 ��� ��� ���� ��� 2��� ����� .���� .��� ����� ��� �� ��� ������������� � �������� �� �43> 2�� ����� �"���� ����-�� ���� �� ������/ ("���M"��� ����� ����� ��� ����"� � ���.�� �� ��� ������� �������� �� �� � �� ��-�"��� �� 3 �4 �� ������ ���� ��� "��� ��� ��������������� ���� �� ���� � ��/

8�� �-������ �� �� � � ��� � % �"� ��� ���� ���P��/ :� . � ��"�� �� �� */D1 ����� ���� ������ �� ����������������� ������� <1=/ ���� �� ���� ��� ��� ��� .��� ��� ������� �

�.���/ >� ��� ����� �.��� �� ��� ������� 2� . �� �� ����� � */, 7 �� �"���� ��� ��%���� �.��� ��� 2������ � �������. ����� � */) 7 � ���.� �� P��/ 1�� ���H �3 �4�/ P��/ 1� � ���.�� ������� ����� ���%������ ����� ��������� � ��"�� 1** �� 6'*E,** �/����� ������ ������� �� .��� �.����� �� ��� ������� �� ��� �� */)E&/* 7� ��� �������� ��� ��������� ���.��������"�"�� ��%������� ����� �� ����/ P"����� ��� ����

P��/ :/ ���� %��� ��� � �� �3 �4 .��� % ���"� �� � � ��� �)*�

5*� D*� &**� �� )** 7F�� "���� */& ! 894�F ����������� ���"����

�������� � � ���H */)E*/6' 7� �"����� � ���H ���)/D 4��)�� �I�)/1

4��)�/

P��/ &/ ���� %��� ��� � �� 3 �4 � �� 3 �4 ���� �� 3 94 ��� �"���� �������������� ���� ��� � � ��H '* 7F��/

P��/ )/ ���� %��� ��� � �� 3 �4 �"���� �������������� ����

��� � � ��H '* 7F�� ������� � � ���H */)E&/* 7� �"����� � ���H ���1/*4��)

�� �I�1/* 4��)�/

70�80 ���� �� ��0 9 ������� .�����, �� ��#� + 2!��+4 +!*:+�! &:&

��"���� �� ����� ����"���R ���������� �� ��. "������%����� ����/

�������� �������

8��� .��� . � �"������� � �� �� ��/ &DDD�)�&&1�**5�: ��� ��� �������������� � ���� ��� ����� �� ���#0(�P/

����������

<&= �/ (��� � . � �/�/ ��"��� 4/B/ ! �A� ���� /#/ �� ��� 4/�/

������� �/ ��/ (��/ ��/ �"�/ '6, �&D66�/

<)= O/ �� B/!/ 8�� �� �/ (���� 4/�/ ������� 4���/ ���/ ����/ 5*

�&DD)� )6&&/

<:= 9/0/ A ���"��� !/B/ 9 .����� 0/ 0����"� � !/#/ $"����� 4���/

���/ ����/ 55 �&&� �&DD'� &:&5/

<1= �/�/ ���� �/�/ � ��� �/!/ #�� O/�/ � ��� (/#/ ���� ���/

9"��/ :& �&DD:� ::D/

<'= �/�/ � ��� �/�/ ���� �/!/ #�� �/3/ ��� (/#/ ���� �/ ���/ (��/

:) �&DD1� )6,D/

P��/ 1/ >� ���" S7F7�� ������ �� �3 �4 � �-�� ���� �� �� � � �� �

���"����� �� �� ���/

&:) 70�80 ���� �� ��0 9 ������� .�����, �� ��#� + 2!��+4 +!*:+�!