Azobenzen ile fonksiyonelleştirilmiş polikarbazol bazlı iletken polimer filmlerin sentezi ve solar termal depolama uygulamaları

Abstract

Artan enerji talebi ve fosil yakıtların olumsuz çevresel etkileri nedeniyle yenilenebilir ve temiz bir enerji kaynağı olarak güneş enerjisinin verimli kullanımı bu yüzyılın en önemli ihtiyaçlarından biridir. Güneş enerjisini moleküler boyutta depolayabilen solar termal yakıtlar (STF'ler), son zamanlarda temiz ve yenilenebilir bir kaynak olan güneş enerjisinin kullanımı için umut verici bir strateji olarak dikkat çekmektedir. Özellikle polimer tabanlı solar termal yakıtların güneş enerjisini depolama uygulamalarında kullanılma potansiyeli yüksek olmasına rağmen literatürde polimerik SFT’lerin solar enerji depolama kapasiteleri elde edildikleri monomerlerinkinden daha düşük olarak hesaplanmıştır. Bu tez çalışmasında literatürde ilk kez elektroaktif karbazol molekülleri ile fotoaktif azobenzen grupları birleştirilerek elektro/foto duyarlı monomerler sentezlenmiştir. Yapısal karakterizasyonları NMR ve FTIR spektrumları ile karakterize edilen monomerlerin izomerizasyon kinetikleri incelenerek solar termal depolama kapasiteleri hesaplanmıştır. Elektro/foto aktif monomerlerin üç elektrotlu sistemde elektrokimyasal polimerleştirilmeleriyle iletken polimer filmler elde edilmiştir. Elde edilen polikarbazol bazlı fotoaktif iletken filmlerin elektrokimyasal karakterizasyonları ve termal kararlılıkları incelenerek solar termal depolama kapasiteleri hesaplanmıştır. Monomer ve polimerlerin solar enerji depolama kapasiteleri karşılaştırıldığında literatürde ilk kez polimerik STF’lerin solar enerji depolama kapasitelerinin monomer yapılara göre çok daha yüksek olduğu belirlenmiştir. Bu çalışmada azobenzen pendant gruplar içeren polikarbazollerin, kolay işlevsellikleri, yüksek ışık absorpsiyonları ve sıkı paketlenmiş fotokromik birimlerle süslenmiş rijit konjuge zincir yapıları nedeniyle etkili bir solar termal depolama platformu olabileceği gösterilmiştir.

Efficient utilization of the sun as a renewable and clean energy source is one of the greatest goals and challenges of this century due to the increasing demand for energy and environmental impact of the fossil fuels. Solar energy conversion in form of molecular photoswitches holds great potential to store energy from sunlight in form of chemical energy. Although polymer-based solar thermal fuels have a high potential to be used in solar energy storage applications, in earlier academic literatures, it was found that the solar energy storage capacity of the polymeric STF is lower than that of the respective monomer. In this thesis, for the first time, electro/photosensitive monomers were synthesized by combining electroactive carbazole molecules and photoactive azobenzene groups. The isomerization kinetics of monomers, of which structural characterizations are characterized by NMR and FTIR spectra, were examined and solar thermal storage capacities were calculated. Conductive polymer films were obtained by electrochemical polymerization of electro/photoactive monomers in a three-electrode system. The electrochemical characterization and thermal stability of the polycarbazole-based photoactive conductive films were examined and their solar thermal storage capacities were calculated. When the solar energy storage capacities of monomers and polymers were compared, it was determined for the first time that the solar energy storage capacities of polymeric STFs were higher than monomer structures. This study showed that polycarbazoles containing azobenzene pendant groups can be an effective solar thermal storage platform due to their easy functionality, high light absorption and rigid conjugated chain structures decorated with tightly packed photochromic units.