Nucleación y crecimiento de nanopartículas de Cu sobre HOPG. Influencia del tamaño de partícula en la reducción de iones nitrato.

ZURITA, N.; AMBRUSI, R.E.; SILVANA G. GARCÍA

San Rafael-Mendoza

Congreso; Congreso Latinoamericano de Ingeniería y Ciencias Aplicadas CLICAP 2022; 2022

Universidad Nacional de Cuyo

ResumenTema del trabajo. El uso intensivo de fertilizantes nitrogenados ha provocado lacontaminación por iones nitrato del suelo y aguas superficiales, y una tecnologíaposible para su reducción es por vía electroquímica usando nanopartículas deCu. El objetivo del presente trabajo fue primeramente, el análisis de laelectrodeposición de Cu sobre HOPG, mediante técnicas electroquímicasconvencionales, usando distintos medios electrolíticos conteniendo ionessulfato. Se estudió el proceso de nucleación y crecimiento de las partículasmetálicas sobre el sustrato, y su caracterización por SEM-EDX. Además, sedesarrolló un estudio teórico mediante simulación computacional para determinarlos sitios de adsorción más favorables para la deposición de Cu sobre lasuperficie escalonada de HOPG. En una segunda etapa, se analizó el efectoelectrocatalítico para la reducción de iones nitrato de las estructurasobtenidas.Metodología. Las soluciones electrolíticas usadas para la formación de nanopartículasde Cu sobre HOPG fueron: 1 mM CuSO4 + 0,1 M Na2SO4,1 mM CuSO4 + 0,1 M H2SO4, y 1 mM CuSO4+ 0,1 M Na2SO4 + 0,1 M H2SO4. Comosustrato se utilizó una placa de HOPG de 1 cm  de diámetro, cuya superficie expuesta fuepreparada mediante clivaje de las capas superiores usando cinta adhesiva. Laelectrodeposición metálica fue llevada a cabo en una celda electroquímicaestándar de tres bocas, usando una lámina de Pt como contraelectrodo y unelectrodo de cloruro mercurioso saturado como referencia.Las técnicas electroquímicas usadas fueron voltamperometría cíclica ycronoamperometría. Los depósitos de Cu fueron generados mediante escalonessimples de potencial y caracterizados por microscopía SEM-EDX. El estudioteórico se efectuó mediante la teoría del Funcional de la Densidad (DFT),calculando las energías de adsorción para diferentes configuraciones de átomosde Cu adsorbidos. Resultados y Discusión.Se determinó que la electrodeposición de Cu sobreHOPG sigue un proceso de nucleación tridimensional y crecimiento controlado pordifusión. La cinética de nucleación fue analizada a través de modelos teóricosexistentes, hallándose que, en la región de potenciales analizada, la deposiciónde Cu se aproxima a un mecanismo de tipo progresivo, a excepción de la soluciónque contiene H2SO4, a tiempos más prolongados. A partirde estos resultados, se puede concluir que la cinética de nucleación ycrecimiento es predominantemente de tipo progresivo, presentando una buenacorrelación con las imágenes SEM.Los electrodos de HOPG modificados con cristales de Cu preparados apartir de soluciones que contienen H2SO4 y Na2SO4,evidenciaron un efecto catalítico más pronunciado que el observado para lasolución que contiene ambos componentes. Se puede inferir que estecomportamiento, se debe a la presencia de un mayor número de cristalitosmenores a 50 nm, que favorecen la adsorción de iones nitrato, a pesar de que seencontró un área cubierta mayor para la tercera solución. Este hecho se puedeatribuir a la exposición de diferentes facetas reactivas de los cristalitos. De las simulaciones computacionales se pudo inferirla alta factibilidad de formación de estructuras unidimensionales de Cu sobrela superficie escalonada del grafito. Esto fue corroborado a través de lacaracterización por SEM de los depósitos formados.  Palabras clave: electrodeposición, nanopartículas de Cu, nitrato, DFT.