Electroquímica de sustancias orgánicas, mecanismos y electrosíntesis: Producción y aplicación de electrodos modificados

En este trabajo se trata de elucidar los procesos de oxidación-reducción electroquímica de compuestos orgánico aromáticos. Interesan los productos de reacción y el manejo de las variables externas para lograr la optimización de los que sean de interés. Estos estudios se realizan en medios homogéneos y además en medios bifásicos. Así se estudian procesos de electrodos con sustancias orgánicas en sistemas bifásicos líquido-líquido. Interesan conocer los mecanismos de fotoelectroquímica de moléculas biomiméticas tales como carotenos y porfirinas, principalmente en lo referente a la producción de fotocorriente. También se estudian procesos relacionados a la preparación y obtención de electrodos modificados por sustancias orgánicas poliméricas y electrodos sensores como los de metal-óxido y polímero orgánico-metal polidisperso. Objetivos generales y específicos: Los estudios electroquímicos con sustancias orgánicas comprenden una amplia gama de posibilidades. En este proyecto se estudian procesos de electrodo de diversas sustancias orgánicas donde se trata de dilucidar los mecanismos de los procesos redox en general. En lo particular se estudia el comportamiento electroquímico y fotoelectroquímico de sustancias biomiméticas como son los compuestos carotenoides y porfirinas. Interesa fundamentalmente la producción de fotocorriente obtenidas a través de la fotoexcitación. Se propone analizar la sensibilización de semiconductores (SnO2) por medio de moléculas biomiméticas. Estas últimas actúan como aceptor primario de energía radiante y transfieren un hueco o un electrón desde el estado excitado a las bandas de energía del semiconductor base. También se estudian procesos relacionados con la preparación y obtención de electrodos modificados por sustancias orgánicas poliméricas. En este laboratorio ya se han obtenido varios tipos de polímeros y en este proyecto se propone someterlos a condiciones extremas de potencial y a medios agresivos a fin de determinar este tipo de propiedades. Una de las aplicaciones inmediatas de estos electrodos es utilizarlos como sensores electroquímicos para diversas sustancias orgánicas. Por otro lado se estudian procesos electroquímicos en interfaces líquido/ líquido, pseudofaces (micelas) además de medios homogéneos. Como reacción modelo se utiliza nitración de naftaleno.

Los electrodos de pasta de carbono en el estudio electroquímico de minerales metálicos

This paper shows the applicability of the carbon paste electrode-mineral (CPE-mineral) to study the dissolution mechanisms of minerals in powder form and in flotation concentrates. A potentiodynamic strategy to find the dissolution mechanism of galena (PbS) is presented. In this way, minerals less studied such as orpiment (As2S3) and realgar (As2S2) are investigated. The electrochemical activity of a more complicated mineral such as sphalerite (ZnS), containing 12.3 and 0.43% of iron in solid solution, is discussed. The mechanism of a complex zinc concentrate (containing 63.4% ZnS, 20.1% FeS2, 5% CuFeS2, 0.33% PbS, 0.45% Cu12Sb4S13 and 0.4% FeAsS) is described. Finally, an electrochemical method for the detection of the different leachable and refractory silver phases (contained in two mineral concentrates) is presented. This paper reviews the power of the use of CPE-mineral coupled to electrochemical techniques in hydrometallurgy.

Quimioluminiscencia electrogenerada del luminol usando electrodos de bajo costo

The purpose of the study was to observe eletrogenerated chemiluminescence (ECL) of luminol using different materials as electrodes such as wires, nails, coins, razor blades, etc. Based on the experimental observations and the mechanisms proposed in the literature, students should be capable of analyzing their results in order to understand the phenomena studied. Students could then elaborate a mechanism of action consistent with the experimental results which could rationalize the formation of intermediates in the reaction and the dependence of ECL on solution pH in addition to other points of interest

Electrooxidación de glifosato sobre electrodos de níquel y cobre

The electrochemical oxidation of glyphosate on an electrode of nickel and on one of copper was studied. With both electrodes electrochemical signals related to the glyphosate concentration were observed. However, the behaviour of the copper electrode was much better than that of the nickel electrode. A calibration curve was obtained of the electrical signal of this electrode as a function of the glyphosate concentration. The detection limit was 30 µM. In the case of nickel, an increase in the oxidation signal, which is related to the glyphosate concentration, was obtained. However, the results were less reproducible and additional information is necessary to propose an interaction mechanism between glyphosate and the electrode.

OXIDACIÓN ELECTROQUÍMICA DE LAMBDACIALOTRINA SOBRE ELECTRODOS DE PBO2-BI

The electrochemical oxidation of lambdacyhalotrin in a triton X-100 water solution on a PbO2-Bi electrode has been studied. It was discovered that electrocatalytic degradation proceeded through the Langmuir-Hinshelwood (L-H) mechanism. The Langmuir adsorption equilibrium constant of the organic compound on the PbO2-Bi surface (0.67 (±0.02) mg-1L) and the L-H maximum reaction rate for lambdacyhalotrin oxidation (0.040 (±0.002) mg L-1 min-1) was also determined on the basis of kinetic data. Oxidation/mineralization was tested at electrode potential higher than 2.3 V vs. Ag/AgCl, in this conditions the higher degradation percent of 85 (±4) % has been obtained.

Síntesis de óxidos de manganeso y vanadio, vía plantillas de polímeros naturales para electrodos en un capacitor electroquímico.

Tesis (Maestría en Ciencias con Orientación en Química de los Materiales) UANL, 2011.

Electrodos de pasta de carbón modificados con residuos de café para cuantificar metales pesados en solución acuosa.

Tesis (Maestría en Ciencias con Orientación en Procesos Sustentables) UANL, 2012.

Prácticas en la instalación didáctica de electrodos de puesta a tierra.

Lugar de realización: Escuela Universitaria Politécnica, realizado por los profesores Fernando Frechoso Escudero, Julián Pérez García, Blanca Rojo Giménez pertenecientes al Departamento de Ingeniería Eléctrica y con docencia en la Escuela Universitaria Politécnica. Los objetivos del proyecto eran el diseño y construcción de una instalación didáctica de electrodos de puesta a tierra así como la realización de un libro de prácticas de instalaciones de puesta a tierra, que faciliten la docencia de asignaturas de la titulación de Ingeniero Técnica Industrial, especialidad Electricidad. Como resultados podemos señalar la realización de la Instalación Didáctica de Electrodos de Puesta a Tierra y la elaboración de un manual de Prácticas a realizar en la citada instalación. En el manual se realiza una introducción a las instalaciones de puesta a tierra, se describe la instalación didáctica y se detalla cómo se realizan las medidas de resistividad del terreno, Resistencia del electrodo de Puesta a Tierra y de Tensiones de Paso y de Contacto, recogiendo tanto aspectos teóricos como prácticos (de campo). No esta publicado.

Polipirrol, un buen soporte para electrodos de pilas de combustible de metanol directo (DMFC)

(SPA) El polipirrol es uno de los polímeros conductores más utilizados en la preparación de electrodos debido a su alta actividad catalítica para la oxidación y reducción del metanol. En este trabajo se ha depositado electroquímicamente polipirrol a diferentes potenciales de depósito, Ed, sobre tela de carbón no tejida Freudenberg en medio ácido. Se ha analizado la morfología y la respuesta electroquímica en medio HClO4 y en presencia de HClO4+MeOH antes y después de la síntesis del polipirrol sobre ella. Lastructura de las películas obtenidas se ha estudiado por espectroscopia infrarroja de transformada de Fourier, FTIR. Se observa que el polipirrol mejora las propiedades electroquímicas de la tela de carbón, obteniéndose el mejor resultado para su aplicación como soporte del catalizador en pilas de combustible con la película sintetizada a 1,0V. (ENG) Polypyrrole is one of the most used conducting polymers in electrode building due to its high catalytic activity to the methanol oxidation and reduction. By this motive, polypyrrole has been electrochemically synthesized at constant potential, Ed, on Freudenberg carbon cloth in acid medium. Carbon cloth morphology and electrochemical behaviour in HClO4 and in HClO4+MeOH before and after the polypyrrole eposition have been analysed. The structure of the films was studied by Fourier transform infrared spectroscopy, FTIR. The polypyrrole improves the electrochemical properties of the studied carbon cloth. The biggest charge of the electroactive area is the one synthesized at 1.0V, being the best for its application as catalyst support in fuel cells.

Comportamiento electroquímico y en pila de combustible de cátodos fabricados mediante evaporacion electrónica de Pt frente a electrodos comerciales

(SPA) Con el objetivo de disminuir el coste de los electrodos utilizados en las pilas de combustible de membrana polimérica se ha llevado a cabo un estudio de la influencia sobre la respuesta electroquímica y en ensayos en monocelda de pila de combustible de alcohol directo, de la deposición por evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón. Se han estudiado en las mismas condiciones dos electrodos comerciales con distinta carga de catalizador y dos electrodos preparados por evaporación electrónica de platino. Se encuentra que la evaporación electrónica de platino sobre tela de carbón ahorra carga de catalizador, aumenta la superficie electroactiva y permite alcanzar rendimientos comparables a los de los electrodos comerciales, mejorando mucho la potencia obtenida por unidad de masa de material catalítico. (ENG) In order to diminish the cost of the electrodes used in polymer membrane fuel cells a study of the influence on the electrochemical response and essays in a single direct methanol fuel cell of the deposition by electronic evaporation of Platinum on carbon cloth has been carried out. Two commercial electrodes with different catalyst loading and two electrodes prepared by electronic evaporation of Platinum have been studied in the same conditions. It can be concluded that electronic evaporation of Platinum on carbon cloth saves catalyst load, increases the electroactive surface area and reaches fuel cell performances comparable with those obtained using commercial electrodes, improving clearly the power obtained per unit mass of catalytic material.

Estudios experimentales y teóricos de materiales y su optimización para uso como electrodos de baterías de ión-litio.

El presente proyecto se enmarca en el contexto del desarrollo de vectores de energía, particularmente aquellos destinados a almacenar la energía captada desde fuentes alternativas y sustentables, como son las energías eólica y solar, entre otras. Uno de los vectores de energía actualmente más importante lo constituyen las baterías de ión-Litio, las que por sus características de pequeño tamaño, alta densidad de energía y potencia, y larga ciclabilidad, son ampliamente utilizadas para alimentar todos los dispositivos electrónicos de pequeño tamaño (teléfonos móviles, notebooks, etc.). Este tipo de batería es, hasta el momento, la única que puede satisfacer la demanda de voltaje e intensidad de corriente, junto con bajo peso y volumen, del motor de un vehículo eléctrico, por lo que se espera un gran crecimiento de su demanda cuando comience la consolidación del mercado de este tipo de vehículos. Sin embargo, esto sólo será posible con importantes mejoras en los materiales activos que componen ambos electrodos, ánodo y cátodo, y/o con el desarrollo de nuevos materiales activos, que incrementen aun más la densidad de energía almacenada en dichas batería. En la Universidad Nacional de Córdoba hemos constituido un grupo de trabajo abocado a la investigación y desarrollo de materiales activos para ser utilizados como electrodos en este tipo de baterías, un área de investigación que concentra cada vez más la atención de científicos y tecnólogos en todo el mundo, particularmente, de países líderes del sector de electrónica y automotriz. Entre los objetivos del proyecto se pueden mencionar la intención de desarrollar capacidades científicas y técnicas en aspectos de investigación básica y tecnológica de sistemas electroquímicos de almacenamiento de energía, mediante la instalación de un laboratorio de síntesis, caracterización, investigación y ensayo de materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio. Específicamente, se llevará adelante la preparación y estudio electroquímico de materiales de ánodo en base a diferentes tipos de carbonos, de diferentes compuestos de titanatos de metales alcalinos, y de materiales de cátodo en base a diferentes tipos de compuestos de espinelas de fosfato de M-Litio, donde M puede ser Fe, Mn, Ni, Co o mezclas, y el ensayo posterior de celdas prototipo. La metodología de trabajo a aplicar es la del estado-del-arte a nivel mundial, que consiste en las etapas de síntesis, caracterización y estudio de funcionamiento de diferentes tipos de materiales activos para electrodos (ánodo o cátodo) de baterías de ión-Litio. Los procesos de síntesis comprenderán métodos por vía seca desde precursores adecuados (tratamientos térmicos) o por vía húmeda (hidrotermal, sol-gel). La caracterización física, química, estructural y morfológica abarcará la aplicación de técnicas de análisis de área específica y porosidad por método BET, microscopías SEM y TEM, análisis químico EDX, difracción de rayos X, espectroscopías XPS y Raman, y RMN, entre otras. Los estudios electroquímicos se llevarán a cabo utilizando técnicas potenciodinámicas, de multipulsos de potencial, galvanostáticas a diferentes densidades de corriente, espectroscopía de impedancia electroquímica y de ciclados de carga/descarga. Con la ejecución del proyecto se espera obtener materiales activos para electrodos de baterías de ión-Litio que cumplan con características tales como: alta capacidad de carga, adecuada densidad de potencia, alto grado de ciclabilidad, alto grado de seguridad, alta resistencia al envejecimiento, tanto estático como dinámico, y bajo costo del material. Teniendo en cuenta la inminente crisis en la producción mundial de combustibles fósiles líquidos, la necesidad de mudar la tecnología de vehículos actuales a la de vehículos eléctricos, y la disponibilidad nacional de recursos minerales de litio, la importancia del proyecto es directa para avanzar hacia un desarrollo tecnológico regional propio e independiente.

Caracterización espectroscópica de impedancia de polímeros para el uso en electrodos de electrocardiogramas

Un estudio comparativo de la impedancia de un polímero tipo poliolefina termoplástica elastómera con un electrodo comercial gelificado universal ha sido hecho con el fin de determinar si el polímero puede ser usado como electrodo seco para la adquisición de señales cardiacas. Los resultados de la espectrometría de impedancia mostraron características muy parecidas y que ambos se comportan como dispositivos resistores, por ejemplo a 120 Hz el polímero registró una resistencia de 6,3 k y el electrodo comercial 7,2 k . Además, se obtuvo una relación lineal de corriente contra voltaje, determinando resistencias de 7 k y 8,2 k para el polímero y electrodo comercial gelificado respectivamente. Finalmente concluimos que es aplicable el uso de este polímero en electrodos secos.

Estudio fisicoquímico de superficies sólidas en medio acuoso: Aplicaciones electroanalíticas y electrocatalíticas

De acuerdo a los objetivos y al plan de trabajo presentados, las actividades a realizar en el período de tres años que comprende este proyecto pueden ser resumidas en dos líneas de trabajo principales. En primera medida, en lo que a estudios fisicoquímicos de sistemas coloidales se refiere, los trabajos se centralizarán en la caracterización de la estructura y propiedades reactivas de la interfaz óxido metálico-solución acuosa. Es de particular interés la caracterización de la superficie de estos materiales, la individualización de los sitios superficiales y el efecto que la reactividad posee en el desarrollo de cargas y potencial eléctrico a través de la interfaz, en la disolución y corrosión de los mismos, en la capacidad adsortiva de la superficie y en los fenómenos que controlan la estabilidad, floculación y agregación de partículas tanto en sistemas sintéticos como naturales (suelos). Así mismo, se realizarán estudios de mecanismos de precipitación, envejecimiento y disolución de diferentes óxidos metálicos con el objeto de predecir y controlar sus propiedades. Además de la utilización de diversas técnicas experimentales de caracterización de sólidos, interfaces y suspensiones, se plantea describir los fenómenos a través de modelos matemáticos con el objeto de lograr un mejor "manejo" de los diferentes sistemas. Por otra parte, se analizará el comportamiento de celdas para baterías con electrodos de Ni (OH)2 y plomo con el objeto de mejorar su rendimiento. Se estudiará además la influencia de los distintos parámetros experimentales, tales como electrolito, aditivos, etc. Finalmente, con respecto a los electrodos químicamente modificados, se continuará con el estudio de diversas condiciones experimentales para la obtención de sensores electroquímicos. Paralelamente se comenzará con el desarrollo de biosensores electroquímicos, así como con el estudio de las propiedades electroquímicas de los electrodos antes mencionados.

Determinación de antioxidantes fenólicos en diferentes muestras de aceites

El principal objetivo de este proyecto es consolidar una línea de investigación en el campo de la Química Analítica, área que por el momento está poco desarrollada en nuestro país y particularmente en la Universidad Nacional de Córdoba. Para ello se tiene previsto continuar con el estudio de inmovilización de reactivos de interés práctico para su uso en la modificación de electrodos con el fin de emplearlos como sensores electroquímicos. Se comenzará con el estudio de electrodos químicamente modificados con partículas de polímeros preparados a partir de una mezcla de prepolímero resol de fenol o fenoles sustituidos y formaldehído. Estos polímeros tienen una muy buena respuesta para la cuantificación de fenoles y compuestos etílicos en general, los que no sólo son contaminantes industriales muy importantes, sino que además están relacionados con la industria de la alimentación debido a que algunos compuestos de base fenólica se usan como antioxidantes. Se tiene previsto analizar la síntesis y caracterización de prepolímero, la preparación del electrodo de trabajo y la optimización del sistema en un sistema de flujo continuo. También se considerará la preparación de la muestra y la evaluación del método. Finalmente se compararán los resultados obtenidos con aquellos logrados mediante la técnica patrón que recomienda la Association of Official Analytical Chemist (AOAC). El estudio se llevará a cabo con el análisis del antioxidante 2,6-di-tert-butilo-4-cresol (BHT) en diferentes muestras de aceites vegetales e industriales. También se analizarán en muestras de agua de la ciudad de Córdoba y del río Suquía el contenido total de fenoles.