En este trabajo se realizó un estudio electroquímico de la polianilina (PANI) sintetizada por voltamperometría cíclica, utilizando un electrodo de carbón vítreo (CV) como electrodo de trabajo de área geométrica de 0,282 cm2, una malla de platino como contra-electrodo y un electrodo de Ag/AgCl (sat. KCl) como electrodo de referencia, a partir de una solución 5,0x10-2 M de anilina en 0,1 M de ácido sulfúrico, obteniéndose una película uniforme de PANI adherida a la superficie del carbón vítreo. Encontrándose, que la PANI es estable electroquímicamente en diferentes medios electrolíticos (HClO4; HNO3; HCl; H3PO4; H2SO4) si se trabaja en una ventana de potencial entre -0,2 a 0,6 V. Paralelo a estos estudios, se procedió a realizar la síntesis y caracterización del ácido 9-molibdo-3-vanadofosfórico (H6[PMo9V3O40]) el cual luego fue incorporado electroquímicamente a la matriz polimérica permaneciendo adherido a dicha superficie a pesar de ser sometido a cambios de potencial. Este sistema doblemente modificado (CV/PANI/H6[PMo9V3O40]), se caracterizó por
voltamperometría cíclica y por dispersión de energía de rayos X (EDX).La actividad catalítica de los tres electrodos involucrados en este estudio; CV, CV/PANI y CV/PANI/H6[PMo9V3O40], fue estudiada utilizando como reacción, la oxidación del ácido ascórbico (AA). Los resultados señalan que la oxidación del AA sobre los electrodos de CV/PANI y el doblemente modificado (CV/PANI/H6[PMo9V3O40]) ocurre a potenciales menores (0,442 y 0,502 V vs Ag/AgCl respectivamente) que en el caso en que se trabaja con el electrodo de CV sin modificar (0,601 V). Adicionalmente, se observa un sustancial incremento en la corriente de pico en ambos
sistemas. Los resultados de la curva de calibración para el sistema en estudio, utilizando la técnica de
voltamperometría de pulso diferencial indican que el límite de detección es de 2,4 mM y el de cuantificación es de 8,0 mM. Lo que permite señalar que esta metodología es aplicable para la determinación del AA a nivel de fármacos.
Índice de contenidos
Resumen
1.- Introducción
1.1.1- Polímeros
1.1.2- Polímeros conductores
1.1.3- Síntesis de polímeros conductores
1.1.4- Polianilina
1.1.5- Mecanismo de polimerización de la PANI
1.1.6- Estudios electroquímicos con PANI
1.2.1- Electrocatálisis
1.2.2- Electrocatálisis homogénea
1.2.3- Electrocatálisis heterogénea
1.3.1- Polioxometalatos y heteropolianiones
1.3.2- Heteropolianiones en catálisis oxidativa
1.4.1- Ácido ascórbico
1.4.2- Química del ácido L-ascórbico
1.4.3- Reacciones químicas
1.4.4- Reacciones electroquímicas
1.4.5- Determinación cuantitativa de AA por técnicas electroquímicas
2.- Proyecto de investigación
2.1.1- Hipótesis
2.2.1- Objetivos
2.2.2- Objetivos generales
2.2.3- Objetivos específicos
2.3.1- Parte experimental
2.3.2- Limpieza del material de vidrio
2.4.1- Celda electroquímica y electrodos
2.5.1- Reactivos
2.6.1- Instrumentación
2.7.1 Metodología de trabajo
2.8.1- Plan de trabajo
2.8.2- Primera etapa
2.8.3- Segunda etapa
2.9.1- Técnicas instrumentales
2.9.2- Voltamperometría cíclica
2.9.3- Voltamperometría de barrido lineal
2.9.4- Voltamperometría de pulso diferencial
2.9.5- Sistemas reversibles
2.9.6- Sistemas irreversibles
3.- Resultados experimentales
3.1.1- Síntesis del polioxometalato H6[PMo9V3O40]
3.2.1- Caracterización del H6[PMo9V3O40]
3.2.2- Espectroscopía infrarroja
3.2.3- Espectroscopía UV-visible
3.2.4- Respuesta electroquímica del H6[PMo9V3O40]
3.3.1- Preparación de la polianilina (PANI)
3.3.2- Estabilidad electroquímica del electrodo CV/PANI
3.3.3- Estudio del electrodo CV/PANI en diferentes medios electrolíticos
3.4.1- Incorporación de H6[PMo9V3O40] sobre PANI (incorporación in-situ)
3.4.2- Espectroscopía UV-vis
3.4.3- Espectroscopía Infrarroja
3.5.1- Incorporación del H6[PMo9V3O40] a circuito abierto
3.6.1- Incorporación mediante voltamperometría cíclica
3.7.1- Incorporación mediante el programa de pulsos de potencial
3.7.2- Estabilidad del electrodo de CV/PANI/H6[PMo9V3O40]
3.8.1- Microscopía de barrido electrónico y dispersión de energía de rayos X (SEM EDX)
3.8.2- Análisis de EDX
3.9.1- Oxidación de ácido ascórbico (AA) sobre el electrodo modificado CV/PANI/H6[PMo9V3O40]
3.9.2- Optimización de los parámetros de la técnica voltamperometría de pulso diferencial (VDP)
3.9.3- Curva de calibración de AA
4.- Conclusiones y sugerencias
4.1.1- Conclusiones
4.2.1- Sugerencias
Objetivos y temas de investigación
El objetivo principal de esta investigación es realizar un estudio electroquímico y electrocatalítico de polianilina (PANI) modificada con polioxometalatos de tipo Keggin, centrándose específicamente en la oxidación del ácido ascórbico como reacción modelo para evaluar su potencial uso en aplicaciones analíticas y farmacéuticas.
- Síntesis y caracterización de polioxometalatos de tipo Keggin (H6[PMo9V3O40]).
- Optimización de los métodos de electropolimerización y modificación de electrodos de carbono vítreo.
- Estudio de la estabilidad electroquímica de los materiales modificados en diferentes medios ácidos.
- Evaluación de la actividad electrocatalítica mediante técnicas voltamperométricas.
- Determinación de parámetros analíticos (límite de detección, cuantificación y rango lineal).
Auszug aus dem Buch
1.1.2- Polímeros conductores.
El fenómeno de la conducción eléctrica implica el movimiento de partículas de carga eléctrica normalmente, electrones en el interior de un material, cuando sobre él se aplica un campo eléctrico. En un polímero convencional, los electrones de valencia están formando enlaces químicos entre los átomos y prácticamente no tienen libertad de movimiento. Desde el punto de vista de la teoría de bandas la teoría que hoy en día explica mejor el comportamiento eléctrico de los materiales, las propiedades eléctricas de una sustancia vienen determinadas por su estructura de bandas, y más concretamente, por la diferencia de energía que existe entre su banda de valencia (orbitales que contienen los electrones de mayor energía) y su banda de conducción (orbitales vacíos de menor energía). En los polímeros convencionales, la diferencia de energía entre ambas bandas (band gap o Eg), es grande, en general mayor a 2.0 eV. Cuando a temperaturas normales se aplica un campo eléctrico sobre el polímero, la energía adicional que adquieren sus electrones no es suficiente para que estos puedan pasar de la banda de valencia a la banda de conducción. En consecuencia los electrones no pueden moverse libremente por interior del material. En este caso nos estamos refiriendo a un polímero aislante.
En general los polímeros conductores pueden ser definidos como polímeros electroactivos conjugados, es decir, que son capaces de experimentar procesos de oxidación/reducción por si mismos. Los polímeros conductores más comunes presentan una distribución alterna de enlaces de carbono-carbono simples y dobles a lo largo de sus moléculas. Este hecho permite una deslocalización considerable de los electrones de valencia a lo largo del sistema π de la cadena polimérica. Sin embargo, esta deslocalización no suele ser suficiente como para que el material sea conductor. Los polímeros conductores no exhiben conductividad en su estado neutral (sin carga). Su conductividad intrínseca resulta de la formación de cargas formadas por la oxidación o por reducción. Los polímeros conductores difieren de los aislantes esencialmente debido a la presencia de agentes dopantes que modifican la cantidad de electrones en las distintas bandas.
Resumen de capítulos
1.- Introducción: Presenta el marco teórico sobre polímeros conductores, electrocatálisis, polioxometalatos y las propiedades químicas del ácido ascórbico.
2.- Proyecto de investigación: Detalla la hipótesis, objetivos, materiales, reactivos y la metodología experimental empleada para el estudio.
3.- Resultados experimentales: Describe la síntesis del polioxometalato, la preparación del electrodo, los procesos de incorporación y la evaluación electrocatalítica.
4.- Conclusiones y sugerencias: Presenta los hallazgos finales del estudio, validando la metodología para la detección de ácido ascórbico y sugiriendo futuras líneas de investigación.
Palabras clave
polianilina, polioxometalatos, Keggin, electrocatálisis, ácido ascórbico, voltamperometría cíclica, voltamperometría de pulso diferencial, electrodo de carbono vítreo, dopaje, oxidación, estabilidad electroquímica, sensores, análisis electroquímico, transferencia electrónica.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es el propósito fundamental de esta investigación?
El objetivo principal es diseñar un electrodo modificado con polianilina y polioxometalatos para mejorar la detección y oxidación electroquímica del ácido ascórbico, buscando superar las limitaciones de los electrodos convencionales.
¿Qué papel juegan los polioxometalatos en esta estructura?
Los polioxometalatos actúan como centros catalíticos incorporados en la matriz de polianilina, incrementando la eficiencia y reduciendo el sobrepotencial necesario para la oxidación del analito.
¿Qué técnicas electroquímicas son predominantes en el estudio?
La investigación utiliza principalmente voltamperometría cíclica para el estudio de síntesis y estabilidad, y voltamperometría de pulso diferencial para el análisis cuantitativo del ácido ascórbico.
¿Por qué se eligió la polianilina como soporte?
Debido a su alta conductividad, estabilidad, porosidad y gran área superficial, lo que permite una dispersión eficiente de los materiales electrocatalíticos.
¿Cómo se garantiza la estabilidad del sistema electrodo?
A través de la optimización de los métodos de síntesis y la elección de medios electrolíticos adecuados como H2SO4, así como la incorporación de polioxometalatos que contribuyen a la estabilidad del recubrimiento.
¿Qué impacto tienen los resultados en el ámbito farmacéutico?
La metodología desarrollada permite una cuantificación precisa del ácido ascórbico, lo que la hace aplicable directamente para el control de calidad y determinación en fármacos.
¿Qué efecto tuvo el uso de pulsos de potencial en el electrodo?
El uso del programa de pulsos de potencial demostró ser un método efectivo y menos degradante para incorporar el polioxometalato en la matriz de polianilina en comparación con otros métodos.
¿Cómo influye el vanadio en las propiedades del polioxometalato?
La sustitución por vanadio en la estructura de Keggin incrementa significativamente las propiedades de oxidación y la actividad catalítica del polioxometalato.
- Citar trabajo
- Miguel José Díaz Contreras (Autor), 2010, Estudio electroquímico y electrocatalítico de polioxometalatos del tipo Keggin soportados sobre polianilina, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/300151
