Estudio de films nanoestructurados obtenidos mediante técnicas de autoensamblado capa por capa - Tagliazucchi, Mario Eugenio. (Universidad de Buenos Aires, 2009)
Los electrodos modificados químicamente son sustratos conductores recubiertos con una película delgada que les confiriere propiedades funcionales de interés: electrocatálisis, electrocromismo, protección de la corrosión y otras. El método de autoensamblado capa por capa es una técnica para preparar películas de polielectrolitos de espesor nanométrico sobre todo tipo de sustratos. En esta Tesis se estudian las propiedades fisicoquímicas y la respuesta electroquímica de electrodos modificados mediante este método y su dependencia de las condiciones de deposición y medición y de la arquitectura molecular de la película. Los polielectrolitos redox empleados en esta Tesis son una poli(alilamina) modificada con el complejo Os(bpy)2pyCl2+/+ (PAH-Os) y nuevos polímeros conteniendo el complejo [Os(CN)5py]3-/2- . Se estudió la estructura, composición y propiedades electroquímicas de equilibrio de multicapas de polielectrolitos redox empleando una combinación de técnicas espectroscópicas y electroquímicas y modelado teórico. A parir del modelo de Donnan se relacionó el potencial de interface medido por voltametria cíclica con la composición interna y las propiedades de intercambio iónico. Se propuso un conjunto de reglas de diseño para controlar las permselectividad iónica de películas multicapa redox y no-redox controlando la relación entre el pH de ensamblado y de medición y la capa terminal. El caso de una única capa de PAH-Os sobre un electrodo tiolado se estudió con una teoría molecular que considera en forma explícita el tamaño, forma, carga y conformaciones de las todas las moléculas en la interfase, sus interacciones y la presencia de los equilibrios químicos. La teoría describe cuantitativamente la respuesta electroquímica del sistema bajo distintas condiciones experimentales y el espesor de la capa y puede usarse para estudiar propiedades no accesibles a los experimentos. La teoría predice que la estructura, el potencial electrostático y el potencial redox aparente de la cupla redox dependen de la distancia al electrodo y que los equilibrios redox y ácido-base se encuentran acoplados debido a la regulación de carga. Las propiedades de transporte y transferencia de carga en las multicapas se estudiaron con distintas técnicas electroquímicas. Para películas terminadas en polianión, se observa un impedimento al proceso redox. Mediante un análisis con voltametria cíclica y un modelo de difusión modificado, se mostró que el coeficiente de difusión para el transporte de carga cae aproximadamente 3 órdenes de magnitud al adsorber el polianión y que es posible revertir este fenómeno aumentando la fuerza iónica de la solución. Se atribuyó el efecto a cambios en los movimientos segmentales del polímero. Se empleó la técnica de microbalanza de cristal de cuarzo con control electroquímico para estudiar el transporte de iones y solvente en las películas redox. Se observó un aumento de la masa de la película durante la oxidación y una disminución durante la reducción. Este proceso es afectado por la última capa ensamblada y efectos específicos de aniones. Se discute el origen del aumento en la masa de la película que se observa con el número de ciclos de oxidaciónreducción. Se prepararon electrodos modificados con nanopartículas de Pd para reducción electrocatalítica mediante la reducción electroquímica de iones Pd confinados en el interior de una multicapa depositada sobre un electrodo de tela de carbono. El análisis de los materiales preparados mediante XPS, elipsometría y microscopía SEM demostró que las nanopartículas se forman preferencialmente en la interfase electrodo/película. La selectividad y eficiencia de los nanocatalizadores superan con creces la de los electrodos depositados por electroreducción directa de sales de Pd, tradicionalmente usados en la literatura de electrosíntesis. Las películas electroactivas nanoestructuradas preparadas por el método capa por capa presentan algunos comportamientos que no se observan en películas desordenadas depositadas por métodos tradicionales. Estas diferencias surgen de las nuevas variables de proceso disponibles, que pueden ser ajustadas para optimizar las propiedades funcionales.