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Título : Estudio Electroquímico de electrodos de Carbón Vítreo modificados con el sistema Cu-ZSM5 inmovilizados con PMMA/MA
Autor : Dr. Guzmán Vargas, Ariel
Dra. Arce Estrada, Elsa Miriam
Oliver Tolentino, Miguel Angel
Palabras clave : electrodos de Carbón Vítreo
Cu-ZSM5
PMMA/MA
Fecha de publicación : 1-sep-2011
Resumen : In this work the commercial zeolite NH4-ZSM5 (Zeolite Molecular Sieve of porosity-5) was calcined in air to produce the protonated zeolite H-ZSM5, the copper incorporation into H-ZSM5 was performed by ion exchange obtained the zeolite Cu-ZSM5. The solids prepared were characterized by X-ray diffraction (XRD), Nuclear Magnetic Resonance (NMR), scanning electron microscopy (SEM), nitrogen physisorption (NF), temperature programmed reduction with hydrogen (TPR-H2) and Function Radial Distribution (FRD). The Cu-ZSM5 was mixed with a polymer solution of polymethyl methacrylate (PMMA) and methyl acrylate (MA), the material obtained (Cu-ZSM5/PMMA/MA) was immobilized on a glassy carbon surface, obtaining the zeolite modified electrode. These electrodes were characterized by infrared spectroscopy (IR), Raman spectroscopy and electrochemical techniques as cyclic voltammetry (CV), open circuit potential (OCP) and chronoamperometry (CA). The presence of copper in the zeolite was confirmed by TPR-H2 and FDR. The spectra of XRD and NMR result, indicates not structural changes in the zeolite H-ZSM5 due to the presence of Cu2+. Whereas the results of nitrogen physisorption suggest that the Cu2+ cations occupying the exchange sites in zeolite ZSM5. On the other hand, spectroscopic techniques revealed the presence of groups C=O and C=C in the mix zeolite / polymer. The electrochemical responses showed that in the presence of chloride the reduction of Cu2+ to Cu0 happens in two steps: Cu2+/Cu+ and Cu+/Cu0, due to the stabilization of the species CuCl2-. Experiments at different potential inversion put in evidence that these two redox processes not occur on the surface of glassy carbon but occurs in the interface carbon/zeolite. The exchange rate between the Cu2+ ion of the zeolite and the cations present in the solution is given by the following sequence Li+> K+> Na+. Experiments based on the anion present in the electrolyte propose that redox processes Cu2+/Cu(I) and Cu(I)/Cu0 are carried out with zeolites modified electrodes even in the presence of nitrates and sulfates. The stabilization of Cu(I) is associated with the interaction between Cu (I) with C=C. The electrocatalytic activity in this modified electrodes were evaluated in two reactions, electrochemical oxidation of ascorbic acid and electrochemical reduction of nitrites.
Descripción : En el presente trabajo la zeolita comercial NH4-ZSM5 (Zeolite Sieve of Molecular porosity-5) fue calcinada con flujo de aire para producir la zeolita protonada H-ZSM5, a la cual se le incorporó cobre mediante un proceso de intercambio iónico obteniéndose el sistema zeolítico Cu-ZSM5. Los sólidos preparados se caracterizaron por difracción de Rayos X (DRX), Resonancia Magnética Nuclear (RMN), Microscopia Electrónica de Barrido (MEB), Fisisorción de Nitrógeno (FN), Reducción Programada a Temperatura con Hidrógeno (TPR-H2) y Función de Distribución Radial (FDR). La zeolita Cu-ZSM5 fue mezclada con una solución polimérica de polimetil metacrilato (PMMA) y acrilato de metilo (AM) y el material obtenido (Cu-ZSM5/PMMA/MA) fue inmovilizado sobre una superficie de carbón vítreo, constituyendo así los llamados electrodos modificados con zeolitas (ME/Cu-ZSM5). Estos electrodos fueron caracterizados mediante espectroscopia Infrarroja (IR) y Raman y las técnicas electroquímicas de Voltamperometría Cíclica (VC), Potencial a circuito abierto (PCA) y Cronoamperometría (CA). La presencia del cobre en la zeolita fue confirmada mediante por TPR-H2 y FDR. Los espectros de RDX y RMN no mostraron cambios estructurales de la zeolita H-ZSM5 provocados por la presencia del Cu2+, mientras que los resultados de Fisisorción de Nitrógeno sugieren que los iones Cu2+ se encuentran en posición de intercambio dentro de los canales de la zeolita ZSM5. Por otro lado, las técnicas espectroscópicas revelaron la presencia de los grupos C=O y C=C en la mezcla zeolita/polímero. Las respuestas electroquímicas mostraron que en presencia de cloruros la reducción del Cu2+ a Cu0 sucede en dos etapas: Cu2+/Cu+ y Cu+/Cu0, debido a la estabilización de la especie CuCl2-. Experimentos realizados a diferentes potenciales de inversión pusieron en evidencia que estos dos procesos redox no ocurren sobre la superficie del carbón vítreo sino en la interfase carbón vítreo/zeolita. La velocidad de intercambio iónico entre el Cu2+ de la zeolita y los cationes presentes en la solución está dada por la siguiente secuencia: Li+ > K+ > Na+. Experimentos en función del anión presente en el electrolito permiten proponer que los procesos redox: Cu2+/Cu(I) y Cu(I)/Cu0 se llevan a cabo en los electrodos modificados con zeolitas aún en presencia de nitratos y sulfatos. La estabilización del Cu(I) está asociada a la interacción que muestra el Cu(I) con el enlace C=C presente en el electrodo. Los electrodos modificados fueron evaluados electrocatalíticamente en dos reacciones, la electroxidación de ácido ascórbico y la electroreducción de nitritos, obteniéndose resultados prometedores para su posible aplicación como sensores electroquímicos.
URI : http://www.repositoriodigital.ipn.mx/handle/123456789/13775
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