Cinética y Mecanismo de la Reacción de Reducción de Peróxido de Hidrógeno sobre g−C3N4/HOPG

ROJAS, M.I.; ANDREUSSI O.; SILVA, A.M.; GOMEZ, C.G.; AVALLE, L.B.

Congreso; 103a Reunión Nacional de la Asociación de Física Argentina; 2018

Recientemente se encontr´o que el sensor compuesto por una pel´ıcula de nitruro de carbono grafito (g−C3N4) depositado sobre Grafito Pirol´ıtico Altamente Orientado (HOPG) exhibe una respuesta anal´ıtica sorprendente, la cual permite cuantificar H2O2 de manera confiable y sensible dentro del intervalo 0,12-120,00 µM, con un l´ımite de detecci´on de 0,12 µM. Estos resultados sugieren que la pel´ıcula de g −C3N4 resulta ser un material nanoestructurado excelente favoreciendo la adsorci´on del analito debido a sus propiedades qu´ımicas y f´ısicas [1-2]. En el presente trabajo se estudia la cin´etica y el mecanismo para la reacci´on de reducci´on de H2O2 sobre g−C3N4/HOPG. A partir del ajuste entre los transitorios de densidad de corriente y el modelo cin´etico es posible relacionar la densidad de corriente con la cin´etica de ocupaci´on/desocupaci´on de los sitios en la superficie. Se encontr´o que el mecanismo ocurre en tres etapas elementales, dos de las cuales son reductivas y se determinaron las constantes cin´eticas para cada una de ellas. Como es de esperar, debido a la sorprendente actividad electrocatal´ıtica del sensor, las barreras son bajas: ∆Eb1 = (0,011±0,002);∆Eb2 = (0,078±0,007);∆Eb3 = (0,083±0,002) en eV. Si se tiene en cuenta el error experimental, cualquiera de las dos u´ltimas etapas podr´ıan ser la determinante de la velocidad. Para dilucidar el mecanismo de reacci´on, se propone uno con tres etapas elementales, el cual se modela mediante una herramienta mecano-cu´antica [3-4]. Se determina el camino de m´ınima energ´ıa mediante el m´etodo Nudge Elastic Band (NEB) y se encuentran las barreras de energ´ıa te´orica en la interface substrato/electrolito. El electrolito se consider´o dentro de la aproximaci´on continua [4]. Mediante el modelado a escala at´omica fue posible relacionar los cambios en la energ´ıa con los cambios en la geometr´ıa de las especies presentes en la interface y los procesos de corrugaci´on/de-corrugaci´on de la l´amina m´as externa del substrato.