Síntesis electroquímica y modificación química de polímeros de porfirina. Estudio de aplicación como material electroactivo en dispositivos supercapacitivos orgánicos.

CODONI C.; BOARINI M.; DURANTINI E.; GERVALDO M.

Santiago del Estero

Congreso; IX Encuentro de Física y Química de Superficies y I Encuentro de Biología de Superficies; 2022

Asociación Física Argentina

Los pol´ımeros conductores porosos (PCP) han aparecido como una nueva base para la construcci´on de dispositivos para conversi´on y almacenamiento de energ´ıa [1]. Los PCP pueden contener numerosos centros redox, loque les confiere una muy alta capacidad, y pueden obtenerse con alta porosidad, lo que permite un r´apido accesode las cargas a los centros redox. Por lo tanto, los dispositivos pueden cargarse muy r´apidamente (unos pocossegundos) y entregar potencias muy altas, a altos reg´ımenes de corriente. Estas caracter´ısticas los ha tornado excelentes materiales para supercapacitores (SC), presentado grandes capacitancias y muy buenas estabilidades enlos ciclos de carga-descarga [1]. Muchos de los PCP utilizados en SC exhiben cambios de color durante un procesode carga-descarga [2] permitiendo monitorear los estados de almacenamiento de energ´ıa a trav´es de la observaci´onvisual. Estas caracter´ısticas proporcionan a los pol´ımeros conductores poroso un gran potencial de aplicaci´on enla construcci´on de dispositivos inteligente de almacenamiento de energ´ıa. Gran parte los PCP utilizados en SCson sintetizados por m´etodos qu´ımicos complejos y de varios pasos de s´ıntesis, los cuales son adem´as costososy generan grandes cantidades de desechos. La electropolimerizaci´on aparece con un m´etodo alternativo para lafabricaci´on de PCP. Los m´etodos electroqu´ımicos presentan ventajas sobre los m´etodos qu´ımicos com´unmenteutilizados. La polimerizaci´on electroqu´ımica permite la forma simult´anea la s´ıntesis y deposici´on de la pel´ıculapolim´erica en un solo paso, y con un control f´acil y adecuado del espesor de la pel´ıcula. Por lo anteriormenteexpuesto, en este trabajo se generaron mediante metodolog´ıas electroqu´ımicas pol´ımeros conductores porosos parasu utilizaci´on en SC. Para esto inicialmente se sintetiz´o un mon´omero de porfirinas adecuadamente funcionalizado,sustituido en dos de sus cuatro extremos por grupos carbazol (CBZ) que permiten su electropolimerizaci´on sobreelectrodos conductores. Asimismo, en los dos extremos restantes, los mon´omeros de porfirina fueron sustituidoscon grupos pentafluorofenilo. Estos grupos representan un bloque de construcci´on adecuado y vers´atil para laformaci´on de macrociclos tetrapirr´olicos sustituidos en las posiciones meso, a trav´es de reacciones de sustituci´onnucleof´ılica arom´atica (SNAr) [3]. Dicha caracter´ıstica permitio realizar la formaci´on qu´ımica de pol´ımeros modificados, mediante una reacci´on SNAr regioselectiva entre las correspondientes porfirinas y un nucle´ofilo [4]. Estareacci´on qu´ımica de entrecruzamiento, produjo modificaciones en la morfolog´ıa y porosidad de los pol´ımeros quese depositaron electroqu´ımicamente sobre los sustratos. La deposici´on del material polim´erico se puso en evidencia por la observaci´on de picos de oxidaci´on correspondientes a la oxidaci´on del macrociclo y de las unidades dedicarbazol (DCBZ) generadas durante el proceso de ciclado electroqu´ımico en la ventana de potencial adecuada.Adem´as, los espectros de absorci´on de los pol´ımeros fueron similares a los de los mon´omeros en soluci´on indicandoque el macrociclo de la porfirina no se alter´o durante la electropolimerizaci´on. Los estudios de espectroelectroqu´ımica confirmaron la presencia de las unidades de DCBZ, ya que los espectros de absorci´on obtenidos a lospotenciales de oxidaci´on fueron t´ıpicos de cationes radicales y dicationes de esta especie. Los pol´ımeros fueronevaluados como materiales electroactivos para la construcci´on de supercapacitores org´anicos. Las experiencias decarga-descarga galvanost´atica presentaron forma triangular sim´etrica, confirmando la reversibilidad electroqu´ımicade los diferentes pol´ımeros. Adem´as, el comportamiento electrocr´omico observado en los films polim´ericos permitela aplicaci´on en dispositivos transparentes donde los procesos de carga/descarga son mediados y observados porcambios de color en el mismo.