Formación electroquímica de nanoestructuras metálicas y bimetálicas : influencia de compuestos orgánicos

• Autores: Vazquez, Cecilia I.
• Año de publicación: 2012
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Lacconi, Gabriela Inés; Paredes Olivera, Patricia A.; Granados, Alejandro Manuel; Vela, María Elena
• Materia: Electroquímica; Fisicoquímica; Nanopartículas; Nanoestructuras
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Doctora en Ciencias Químicas)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2012.
Fil: Vazquez, Cecilia I. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.
Nanopartículas metálicas y bimetálicas En la última década la obtención de estructuras metálicas de baja dimensionalidad ha sido exhaustivamente estudiada a través de la investigación en distintas áreas de la ciencia y tecnología. El empleo de nanopartículas metálicas en diferentes sistemas es exhaustivamente amplio, abarcando desde la física, química y biología con aplicaciones que van desde la ingeniería hasta la medicina. Además de las ventajas que actualmente involucra la miniaturización de los dispositivos electrónicos, existe un gran interés en el desarrollo de nuevos materiales y sistemas con propiedades físicas y químicas inusuales, que difieren de las correspondientes al material masivo [1,21. En particular, no se dispone de una definición estricta del término "nanopartículas" y generalmente se lo asocia a las partículas de cualquier material y forma, que al menos en una de sus tres dimensiones son menores a los 100 nm. Debido a su pequeño tamaño, poseen un área superficial por unidad de volumen de elevado valor, y una gran proporción de los átomos que la conforman se encuentra en la superficie [3]. Además, estas estructuras presentan propiedades físicas y químicas inusuales, relacionadas principalmente con efectos cuánticos de tamaño, tales como la separación de la banda de conducción continua en niveles discretos, el incremento del campo electromagnético en la superficie y cambios en las propiedades magnéticas. Otro aspecto importante es el desplazamiento que se produce en la frecuencia de absorción del plasmón superficial, cuando se modifica el tamaño de las mismas [4]. Asimismo, metales masivos relativamente inertes (como por ejemplo el oro) presentan una gran actividad catalítica, la cual depende del tamaño, estado de oxidación y geometría de las nanopartículas [5]. Todas estas propiedades únicas, no pueden ser preestablecidas mediante la extrapolación de las propiedades del material masivo, además de que las mismas cambian gradualmente a medida que el tamaño disminuye [3,6-10]. Por otra parte, el estudio de nanopartículas bimetálicas (en la que dos tipos de metales son ensamblados en una sola entidad) ha recibido gran atención por parte de las comunidades científica y tecnológica. Estas nanoestructuras tienen en particular, propiedades catalíticas, electrónicas, ópticas y de incremento de la señal Raman por la superficie (SERS, del inglés, Surface Enhanced Raman Scattering), bien diferenciadas de las correspondientes partículas monometálicas [11,12]. Además, la adición de un segundo metal, permite optimizar las características electrónicas y estructurales de las partículas para mejorar la selectividad y actividad catalítica. Estudios recientes han demostrado que la estructura, composición y estado de oxidación de la superficie del catalizador bimetálico juegan un rol muy importante en la determinación de sus propiedades catalíticas [13,14]. Así es como este tipo de nanoestructuras está siendo ampliamente utilizado en celdas de combustible para la conversión eficiente de energía a partir de recursos renovables [15,16]. También se ha demostrado que la intensidad de la señal dispersada SERS, producida por las nanopartículas bimetálicas depende de la estructura, del tamaño y de la concentración relativa de cada metal que las conforman [11,17,18]. La importancia tecnológica del empleo de nanopartículas metálicas puede ser en términos generales, dividida en dos áreas diferentes: nanopartículas coloidales o dispersadas y nanopartículas soportadas por un sustrato sólido. En el presente estudio se considera, con exclusividad, a las partículas metálicas y bimetálicas depositadas sobre un electrodo metálico. En los últimos años se han utilizado diversas metodologías para la síntesis de nanoestructuras metálicas sobre sustratos sólidos, como por ejemplo mediante deposición desde la fase vapor CVD (del inglés, Chemical Vapor Deposition) la cual es muy utilizada para la obtención de nanotubos de carbono [19,20] y nanopartículas metálicas y bimetálicas [21,22] y mediante PVD (del inglés, Physical Vapor Deposition) empleando un molde o plantilla para faciltar la formación de arreglos nanoestructurados bidimensionales y regulares [23-25]. Sin embargo, estos métodos son muy costosos debido al equipamiento necesario. Otra metodología empleada es la fijación de nanopartículas presentes en una dispersión coloidal a la superficie del sustrato, por ejemplo, mediante electroforesis, donde las nanopartículas cargadas migran hasta la superficie del sustrato al aplicar un campo eléctrico [26,27]. Del mismo modo, es posible realizar la adsorción de partículas coloidales a través de la interacción química o física con grupos funcionales presentes en el sustrato [28,29]. Por otra parte, el empleo de microscopios de sonda ha favorecido ampliamente el diseño controlado de estructuras por nano-litografía mediante las puntas de los microscopios de barrido túnel, STM (electrodeposición de metales y electrooxidación local de la superficie) [30,31] y de fuerza atómica, AFM ("nanoscratching"; raspado de la superficie) [32,33], o mediante nanoescritura superficial utilizando una dispersión con nanopartículas como tinta [34,35]. Sin embargo, la limitación del empleo de muchos de estos métodos radica principalmente en su costo o en la capacidad para efectuar el proceso en serie. En general, el proceso de formación de nanoestructuras metálicas por electrocristalización sobre un electrodo, es un método de bajo costo y permite la deposición de una gran variedad de nanoestructuras (nanopartículas, nanoalambres, nanoprismas, etc.) sobre diferentes sustratos conductores y semiconductores, a temperatura ambiente. Este método posee la gran ventaja de que es altamente selectivo y mediante la modificación del potencial de electrodo, la densidad de corriente y la composición del electrolito se puede controlar fácilmente la nanoestructuración superficial, es decir, el tamaño, la morfología, la densidad superficial y los sitios disponibles para la deposición [1,36,37].
Fil: Vazquez, Cecilia I. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina.