Síntese e caracterização de PEDOT:PSS: estudo do grau de sulfonação - Faria Sobrinho, Guilherme Cauet [UNESP] (Universidade Estadual Paulista (Unesp), 2024)
A eletrônica orgânica é uma área da ciência dos materiais que se concentra na síntese, no design, na caracterização e aplicação de pequenas moléculas ou polímeros orgânicos que apresentam propriedades eletricamente condutora. Dentro da grande variedade de materiais, o PEDOT:PSS emergiu como o material mais popular nesse campo devido à sua notável estabilidade em condições ambiente, alta condutividade e transparência na faixa visível do espectro, sendo amplamente adotado tanto na pesquisa acadêmica quanto na indústria. Apesar de ser comum o uso do processo sintético do PEDOT:PSS, ainda levanta questões sobre a formação via polimerização oxidativa, indicando que o mecanismo por trás desse processo não está completamente compreendido. Portanto, uma compreensão mais aprofundada do processo químico e físico envolvido durante a reação pode levar a melhorias nas propriedades do material por meio de ajustes específicos no método de síntese. Desse modo, estudos sistemáticos sobre as variações do protocolo de síntese padrão precisa ser conduzidos. Neste trabalho, o foco foi o estudo do grau de sulfonação do PSS e seu impacto na condutividade do PEDOT:PSS, logo foi verificado por meio de atividades em que é possível (i) determinar o grau de sulfonação em diferentes PSSs, como a titulação, (ii) sintetizar com sucesso PEDOT:PSS e confirmar a síntese pela espectroscopia Raman, por fim (iii) avaliar o impacto na condutividade pelo método de quatro pontas. Para isso, foram utilizados dois PSS para a síntese de PEDOT:PSS, um PSS “velho” (solução de dois anos) e um “novo” (comercial). A titulação indicou um baixo grau de sulfonação em ambos e os dois semelhantes, contrariando a expectativa de que o PSS “novo” apresentasse um grau mais elevado. Os espectros de Raman de PEDOT:PSS obtidos a patir dos dois PSS utilizados, mostram-se semelhantes entre si e com espectros de PEDOT:PSS, indicando o sucesso na síntese. A análise pelo método quatro pontas revelou um comportamento ôhmico e uma baixa condutividade em comparação ao PH 1000, além de confirmar a similaridade entre o PEDOT:PSS “velho” e “novo”, corroborando com os dados da titulação e Raman. Este trabalho constituiu um passo importante para estudos futuros no processo sintético do PEDOT:PSS, à medida que estabeleceu uma rotina de síntese para próximos trabalhos no laboratório e resultados obtidos que abrem possíveis novos estudos para um maior entendimento e aperfeiçoamento da síntese de PEDOT:PSS e da sua condutividade.

Organic electronics is a field of materials science that focuses on the synthesis, design, characterization, and application of small molecules or organic polymers that exhibit electrically conductive properties. Among a wide variety of materials, PEDOT:PSS has emerged as the most popular material in this field due to its remarkable stability in ambient conditions, high conductivity, and transparency in the visible range of the spectrum, making it widely adopted in both academic research and industry. Despite the common use of the synthetic process for PEDOT:PSS, questions remain about its formation via oxidative polymerization, indicating that the mechanism behind this process is not fully understood. Therefore, a deeper understanding of the chemical and physical processes involved during the reaction could lead to improvements in the material's properties through specific adjustments to the synthesis method. Thus, systematic studies on variations of the standard synthesis protocol need to be conducted. In this work, the focus was the study of the degree of sulfonation of PSS and its impact on the conductivity of PEDOT:PSS, so it was verified through activities in which it is possible (i) to determine the degree of sulfonation in different PSSs, such as titration, (ii) to successfully synthesize PEDOT:PSS and confirm the synthesis by Raman spectroscopy, and finally (iii) to evaluate the impact on conductivity by the four-point probe method. For this, two PSSs were used for the synthesis of PEDOT:PSS, an "old" PSS (two-year-old solution) and a "new" one (commercial). The titration indicated a low degree of sulfonation in both and both similar, contrary to the expectation that the "new" PSS would show a higher degree. The Raman spectra of PEDOT:PSS obtained from the two PSSs used are similar to each other and with PEDOT:PSS spectra, indicating the success of the synthesis. The analysis by the four-point probe method revealed an ohmic behavior and low conductivity compared to PH 1000, in addition to confirming the similarity between the "old" and "new" PEDOT:PSS, corroborating the titration and Raman data. This work constituted an important step for future studies in the synthetic process of PEDOT:PSS, as it established a synthesis routine for future laboratory work and obtained results that open up possible new studies for a greater understanding and improvement of the synthesis of PEDOT:PSS and its conductivity.
Synthesis and characterization of PEDOT:PSS: study of the degree of sulfonation
Keywords: PEDOT:PSS; PSS; Titulação; Condutividade; Grau de sulfonação; Espectroscopia Raman; Método quatro pontas; Polimerização oxidativa; Titration; Conductivity; Degree of sulfonation; Raman spectroscopy; Four-point method; Oxidative polymerization