Síntesis, caracterización y comportamiento electroquímico de arreglos supramoleculares de nanopartículas de Pt protegidas con polielectrolitos

Abstract

Esta tesis de grado se basa en la síntesis y caracterización de nanopartículas de platino (Pt NPs) recubiertas por polielectrolitos y su posterior ensamblado con polielectrolitos en arreglos supramoleculares Layer-by-Layer con el objetivo de generar películas electrocatalíticas para la reacción de reducción de hidrógeno (HER). Dos síntesis de NPs fueron realizadas, obteniendo NPs con diferentes tamaños. En cuanto a la primera síntesis de NPs y su caracterización, las nanopartículas recubiertas con PSS presentaron un mayor diámetro (hidrodinámico) y menor dispersión en su diámetro que aquellas protegidas con PDDA. En los ensamblados ensayados mediante la técnica SPR, el arreglo LbL formado por la combinación NPs-Pt@PDDA y NPs-Pt@PSS no fue estable, al igual que la dupla NPs-Pt@PSS y PDDA. A diferencia de estos, los ensamblados realizados con NPs-Pt@PDDA y PSS crecieron como películas homogéneas hasta las 10 bicapas que fueron inyectadas. A partir de estos resultados, los ensamblados de la combinación NPs-Pt@PDDA y PSS fueron realizados sobre electrodos de grafito para analizar su comportamiento electroquímico hacia la electrocatálisis de HER en H2SO4 1 M. Luego, se observó un aumento lineal en la carga de adsorción de hidrógeno (QH) con el número de bicapas ensambladas, revelando que el transporte de masa y carga es efectivo en todo el espesor de los films. A su vez, el aumento en la carga de oxígeno adsorbido a medida que aumentaba el número de bicapas fue indicativo de un crecimiento en la cantidad de Pt depositado en los films, lo que es acorde con lo observado anteriormente para la QH. Los potenciales para la Hudp y la descarga de H2 no fueron afectados al aumentar el número de bicapas ensambladas, lo que indicaría ausencia de reestructuración de la superficie. Además, fue posible ensamblar hasta 20 bicapas manteniendo el aumento en QH con el número de bicapas. El comportamiento de este sistema también fue estudiado en medio neutro, analizando la reacción de oxidación del ácido ascórbico. Fue posible advertir que el aumento del número de bicapas ensambladas sobre el electrodo de grafito implica un incremento de la corriente de pico (o la densidad de corriente), lo que a su vez evidencia un aumento del área electroactiva con las sucesivas capas como consecuencia de la incorporación de las NPs y una buena conectividad eléctrica a través del espesor del ensamblado también en medio neutro. Por otra parte, el análisis de los resultados obtenidos para las NPs de la segunda síntesis evidenció que NPs de mayor tamaño también pueden ensamblarse en arreglos LbL, y el crecimiento de los ensamblados es lineal con el número de bicapas. Las medidas electroquímicas en medio ácido indicaron que las NPs están conectadas aún luego de 15 bicapas. Finalmente, la comparación de las cargas de electroadsorción de H muestran que el área electroactiva efectiva es similar a la obtenida con las NPs más pequeñas para un número similar de bicapas, lo que es importante desde un punto de vista aplicado, ya que se requiere menos platino para la síntesis de las NPs más pequeñas.