Un electrodo químicamente modificado es un conductor eléctrico que tiene su superficie modificada para diferentes funciones electroquímicas . Los electrodos químicamente modificados se fabrican utilizando enfoques avanzados para los sistemas de electrodos mediante la adición de una película o capa delgada de ciertos productos químicos para cambiar las propiedades del conductor de acuerdo con su función objetivo. [1]
En un electrodo modificado, una sustancia de oxidación-reducción logra la electrocatálisis transfiriendo electrones desde el electrodo a un reactivo o sustrato de reacción . [2]
La modificación de las superficies de los electrodos ha sido una de las áreas más activas de interés de investigación en electroquímica desde 1979, proporcionando control sobre cómo los electrodos interactúan con sus entornos. [1]
Descripción
Los electrodos químicamente modificados se diferencian de otros tipos de electrodos, ya que tienen una monocapa molecular o capas de película de un espesor de un micrómetro hechas de una determinada sustancia química (según la función del electrodo). La fina película se recubre sobre la superficie del electrodo. El resultado sería un electrodo modificado con nuevas propiedades químicas especiales en términos de propiedades físicas , químicas, electroquímicas, ópticas, eléctricas, de transporte y otras propiedades útiles. [3]
Los electrodos químicamente modificados y los electrodos en general dependen en gran medida del transporte de electrones : un término general para los procesos electroquímicos donde la carga se transporta a través de las películas químicas hasta el electrodo. El término "cobertura" se usa para expresar el área normalizada en mol / m ^ 2 de un tipo específico de sitio químico en la película química delgada en la superficie del electrodo químicamente modificado. [3]
Propósito de desarrollar electrodos químicamente modificados
Los avances en el campo de la ciencia electroquímica se volvieron más completos hasta que los científicos en el campo no encontraron uso de superficies desnudas para continuar sus investigaciones. La razón detrás de esto es que las investigaciones que involucraron electrodos requirieron ciertas propiedades químicas y físicas que no existían naturalmente en los materiales utilizados como conductores eléctricos. Para salir del dilema, utilizaron modificaciones químicas para adaptar los materiales que utilizaron. Los átomos, moléculas y nanopartículas se adhieren a la superficie de los materiales para modificar sus propiedades electrónicas y estructurales, lo que lleva a cambiar su funcionalidad . [1]
Aplicaciones de electrodos modificados químicamente
En sus primeras etapas, los electrodos modificados químicamente se aplicaron simplemente en tecnologías para las que fueron hechos inicialmente ( superficies de ajuste para investigaciones electroquímicas). Después de eso, los electrodos químicamente modificados proporcionaron rutas poderosas para ajustar el rendimiento de los electrodos. La modificación de electrodos facilitó los siguientes procesos en química electroanalítica :
- Proporcionar selectividad de electrodos.
- Resistir el ensuciamiento
- Concentración de especies
- Mejora de las propiedades electrocatalíticas
- Limitar el acceso de interferencias en muestras complejas
También proporcionó una ruta para otros fines, como:
- Investigando la conversión de energía
- Investigando los fenómenos que influyen en los procesos electroquímicos
- Almacenamiento y protección de la corrosión.
- Desarrollo de la electrónica molecular
- Desarrollando dispositivos electrocrómicos
Los campos de investigación donde se utilizan electrodos químicamente modificados incluyen:
- Investigaciones electroquímicas básicas
- Transferencia de electrones entre electrodos y electrolitos .
- Electrostática en las superficies de los electrodos
- cargas eléctricas estacionarias o lentas.
- Transporte de electrones de polímeros y transporte iónico
- Movimiento de electrones de una especie o átomo a otro, con especial atención a los polímeros.
- Diseño de sistemas y dispositivos electroquímicos
- La creación de sistemas y dispositivos que utilizan electrodos modificados químicamente con todas las especificaciones requeridas de los sistemas o dispositivos.
Enfoques para modificar químicamente los electrodos
La superficie de los electrodos se puede modificar de las siguientes formas:
- (1) Adsorción ( quimisorción )
- Un método que utiliza el mismo tipo de fuerzas de valencia involucradas en la formación de compuestos químicos, donde la película es fuertemente adsorbida o quimisorbida sobre la superficie del electrodo, produciendo una cobertura de monocapa. Este enfoque implica monocapas autoensambladas acopladas al sustrato (SAM), donde las moléculas son quimisorbidas espontáneamente a la superficie del electrodo, lo que da como resultado una estructura de superrejilla microscópica de capas formadas sobre él. [3]
![](http://wikiimg.tojsiabtv.com/wikipedia/commons/thumb/9/98/Self-assembled_monolayer.svg/231px-Self-assembled_monolayer.svg.png)
- (2) Enlace covalente
- Un método que utiliza agentes químicos para crear un enlace covalente entre una o más capas monomoleculares del modificador químico y la superficie del electrodo. Los agentes comunes para usar en este método incluyen organosilanos y cloruro cianúrico . [3] [4]
- (3) Recubrimiento de película de polímero
- Un método que utiliza uno de los siguientes para mantener películas de polímero conductoras y no conductoras de electrones en la superficie del electrodo:
- Quimisorción y baja solubilidad en la solución de contacto.
- Anclaje físico en un electrodo poroso
Este método incluye eliminar especies químicas (sustrato) de monocapas autoensambladas para permitir la adsorción de moléculas en la superficie del electrodo independientemente de la estructura del sustrato original. Las películas de polímero pueden ser orgánicas , organometálicas o inorgánicas , y pueden contener el modificador químico o tener el químico agregado al polímero en un último proceso. [3] [4]
- (4) Compuesto
- Un método que tiene el modificador químico mezclado con un material de matriz de electrodo. Un ejemplo de este método es tener un mediador de transferencia de electrones (el modificador químico) mezclado con partículas de carbono en un electrodo de pasta de carbono (la matriz del electrodo). [3]
Los electrodos de pasta de carbón, pasta de carbón vítreo, carbón vítreo, etc., cuando se modifican, se denominan electrodos químicamente modificados. Se han empleado electrodos químicamente modificados para el análisis de especies orgánicas e inorgánicas. [5]
Referencias
- ^ a b c d Alkire, R., Kolb, D. y Lipkowski, J., Electrodos químicamente modificados, Alemania: Wiley-VCH, Weinheim, 2009
- ^ Murray RW, Goodenough JB y Albery WJ, Electrodos modificados: electrodos modificados químicamente para electrocatálisis, The Royal Society, 1981, págs. 253-265, https://www.jstor.org/stable/36940
- ^ a b c d e f g Durst, R., Baumner, A., Murray, R., Buck, R., & Andrieux, C., Electrodos modificados químicamente: terminología y definiciones recomendadas, IUPAC, 1997, págs. 1317- 1323, http://old.iupac.org/publications/pac/1997/pdf/6906x1317.pdf
- ^ a b Departamento de Química de Fort Collins de la Universidad Estatal de Colorado, Electrodos químicamente modificados, 1994, http://oai.dtic.mil/oai/oai?verb=getRecord&metadataPrefix=html&identifier=ADA279821 Archivado 2016-03-03 en Wayback Machine
- ^ Sanghavi, Bankim; Srivastava, Ashwini (2010). "Determinación voltamperométrica simultánea de acetaminofén, aspirina y cafeína utilizando un electrodo de pasta de nanotubos de carbono multipared modificado con surfactante in situ". Electrochimica Acta . 55 (28): 8638–8648. doi : 10.1016 / j.electacta.2010.07.093 .