Cinética y Mecanismo de la Reacción de Reducción de Peróxido de Hidrógeno sobre g-C3N4/HOPG

MARIANA ISABEL ROJAS; OLIVIERO ANDREUSSI; ALEXANDER M. SILVA; CÉSAR G. GÓMEZ; LUCÍA BERNARDITA AVALLE

Buenos Aires

Congreso; 103ª Reunión de la Asociación Física Argentina; 2018

AFA

Recientemente se encontró que el sensor compuesto por una película denitruro de carbono grafito (g-C3N4) depositado sobre GrafitoPirolítico Altamente Orientado (HOPG) exhibe una respuesta analítica sorprendente,la cual permite cuantificar H2O2 de manera confiable ysensible dentro del intervalo 0,12-120,00 mM,  con un límitede detección de 0,12 mM. Estos resultados sugieren que la película de g-C3N4resulta ser un material nanoestructurado excelente favoreciendo la adsorcióndel analito debido a sus propiedades químicas y físicas [1-2]. En el presente trabajo se estudia la cinética y el mecanismo para lareacción de reducción de H2O2 sobre g-C3N4/HOPG.A partir del ajuste entre los transitorios de densidad de corriente y el modelocinético es posible relacionar la densidad de corriente con la cinética de ocupación/desocupaciónde los sitios en la superficie. Se encontró que el mecanismo ocurre en tresetapas elementales, dos de las cuales son reductivas y se determinaron lasconstantes cinéticas para cada una de ellas. Como es de esperar, debido a lasorprendente actividad electrocatalítica del sensor, las barreras son bajas:   ; ;  en eV.Si se tiene en cuenta el error experimental, cualquiera de las dos últimas etapaspuede ser la determinante de la velocidad.Para dilucidar el mecanismo de reacción, se propone uno con tres etapaselementales, el cual se modela mediante una herramienta mecano-cuántica [3-4]. Sedetermina el camino de mínima energía mediante el método Nudge Elastic Band(NEB) y se encuentran las barreras de energía teórica en la interface substrato/electrolito.El electrolito se consideró dentro de la aproximación continua [4]. Mediante elmodelado a escala atómica fue posible relacionar los cambios en la energía conlos cambios en la geometría de las especies presentes en la interface y losprocesos de corrugación/de-corrugación de la lámina más externa del substrato.  Referencias[1] A.M. Silva, M.I. Rojas, Computational andTheoretical Chemistry 1098 41-49(2016).[2] C.G. Gomez, A.M. Silva, M.C. Strumia, L.B.Avalle, M.I. Rojas, Nanoscale 911170-11179 (2017).[3] P. Giannozzi et al, J. Phys.: Condens. Matter 21 395502 (2009).[4] O. Andreussi, I. Dabo, N. Marzari, J. Chem. Phys. 136, 136 (2012).