Estudio electro y fotoelectrocatalítico de pastas basadas en materiales carbonosos, líquidos iónicos y porfirinas, actividad frente a la reducción de oxígeno, evolución de hidrógeno y oxidación de ácido gálico.
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Date
2020
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Abstract
Las técnicas electroquímicas permiten desarrollar electrodos eficientes frente a
reacciones de interés energético y medioambiental con potencial uso en energías renovables,
como en el caso de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de
hidrógeno (HER). Ambas reacciones pueden participar en sistemas de generación de energía
eléctrica limpia y sustentable, otorgando vías catalíticas más favorables. Estas técnicas
electroquímicas también permiten estudiar sensores activos frente a algunos analitos de
interés en el área de alimentos, como por ejemplo en la detección y cuantificación del
antioxidante ácido gálico (GA). Algunos materiales carbonosos tales como el grafito, grafeno
y los nanotubos de carbono presentan excelentes características mecánicas y eléctricas, y son
interesantes candidatos para mediar reacciones electroquímicas a través de electrodos de
pastas carbonosas. Estas pastas aumentan su actividad cuando utilizan líquidos iónicos (IL)
como aglutinantes, debido su elevada conductividad iónica. Además, la actividad de estos
sistemas puede verse incrementada cuando se emplean porfirinas metálicas, las cuales
funcionan como electrocatalizadores eficientes. Su actividad depende en gran parte del metal
central y dentro de este contexto, las octaetilporfirinas de cobalto (CoIIOEP) y de hierro
(FeIIIOEP), muestran una respuesta electro y fotoelectrocatalítica atractiva hacia diversas
reacciones electroquímicas tanto de reducción como de oxidación. En base a estos
antecedentes, en este trabajo de tesis se realizó la generación de electrodos fabricados a partir
de grafito, grafeno y nanotubos de carbono, empleando al IL hexafluorofosfato de Noctilpiridinio como aglutinante y catalizador, y se realizó la modificación de las superficies
electródicas con CoIIOEP, FeIIIOEP y mezclas de ambos complejos. Los electrodos diseñados
fueron estudiados mediante técnicas de caracterización fisicoquímicas, para obtener
información detallada acerca de su estructura, composición y morfología. Luego, se estudió
la respuesta electroquímica y fotoelectrocatalítica de los sistemas. Dentro de las
combinaciones, se encontraron materiales con gran actividad hacia la electrocatálisis de la
ORR y de la HER. La HER además muestra una actividad fotoelectrocatalítica importante,
mientras que la ORR no mejora su respuesta en presencia de luz. Por último, se realizó la
evaluación de los sistemas como sensores amperométricos en la detección y cuantificación
GA, estableciéndose los parámetros electroanalíticos correspondientes.Las técnicas electroquímicas permiten desarrollar electrodos eficientes frente a
reacciones de interés energético y medioambiental con potencial uso en energías renovables,
como en el caso de la reacción de reducción de oxígeno (ORR) y la reacción de evolución de
hidrógeno (HER). Ambas reacciones pueden participar en sistemas de generación de energía
eléctrica limpia y sustentable, otorgando vías catalíticas más favorables. Estas técnicas
electroquímicas también permiten estudiar sensores activos frente a algunos analitos de
interés en el área de alimentos, como por ejemplo en la detección y cuantificación del
antioxidante ácido gálico (GA). Algunos materiales carbonosos tales como el grafito, grafeno
y los nanotubos de carbono presentan excelentes características mecánicas y eléctricas, y son
interesantes candidatos para mediar reacciones electroquímicas a través de electrodos de
pastas carbonosas. Estas pastas aumentan su actividad cuando utilizan líquidos iónicos (IL)
como aglutinantes, debido su elevada conductividad iónica. Además, la actividad de estos
sistemas puede verse incrementada cuando se emplean porfirinas metálicas, las cuales
funcionan como electrocatalizadores eficientes. Su actividad depende en gran parte del metal
central y dentro de este contexto, las octaetilporfirinas de cobalto (CoIIOEP) y de hierro
(FeIIIOEP), muestran una respuesta electro y fotoelectrocatalítica atractiva hacia diversas
reacciones electroquímicas tanto de reducción como de oxidación. En base a estos
antecedentes, en este trabajo de tesis se realizó la generación de electrodos fabricados a partir
de grafito, grafeno y nanotubos de carbono, empleando al IL hexafluorofosfato de Noctilpiridinio como aglutinante y catalizador, y se realizó la modificación de las superficies
electródicas con CoIIOEP, FeIIIOEP y mezclas de ambos complejos. Los electrodos diseñados
fueron estudiados mediante técnicas de caracterización fisicoquímicas, para obtener
información detallada acerca de su estructura, composición y morfología. Luego, se estudió
la respuesta electroquímica y fotoelectrocatalítica de los sistemas. Dentro de las
combinaciones, se encontraron materiales con gran actividad hacia la electrocatálisis de la
ORR y de la HER. La HER además muestra una actividad fotoelectrocatalítica importante,
mientras que la ORR no mejora su respuesta en presencia de luz. Por último, se realizó la
evaluación de los sistemas como sensores amperométricos en la detección y cuantificación
GA, estableciéndose los parámetros electroanalíticos correspondientes.
Description
Tesis (Doctor en Química)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2020