Qué es la voltamperometría?

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2 Rosario Galindo

3 te 3

4 Qué es la voltamperometría? 4 Técnica electroquímica en las que se aplica un determinado potencial eléctrico a un electrodo de trabajo sumergido en una disolución que contiene una especie electroactiva y se mide la intensidad de corriente que circula por este electrodo. te La intensidad medida es función del potencial aplicado y de la concentración de la especie electroactiva presente.

5 Voltamperometría cíclica Es una de la técnicas electroquímicas potenciodinámicas que más se emplea para estudiar mecanismos de reacción, debido a que aporta información rápida de los procesos redox

6 Voltamperometría cíclica La variación de potencial en un electrodo estacionario es provocada por una señal de forma triangular

7 El potencial se varía linealmente desde Eo hasta Ef, luego el sentido de barrido se invierte y vuelve a su valor original Eo. Dependiendo del tipo de estudio, la dirección del barrido inicial puede ser negativa o positiva.

8 Voltamperometría cíclica Velocidad de barrido Ventana de potencial 8

9 Reversibilidad de los sistemas 9

10 Voltamperograma clásico de un sistema reversible

11 Parámetros de interés La relación entre las corrientes de pico, ipa/ ipc La separación entre los potenciales de pico, Epa- Epc Los potenciales a la mitad del pico, Ep ½ El intervalo de potencial en el que ocurre el proceso de óxido reducción Los potenciales onset

12 Condiciones

13 Condiciones

14 Voltamperometría cíclica APLICACIONES Reacciones catalíticas Estudio de los parámetros de reversibilidad de los sistemas Estudio de los fenómenos de difusión Calculo de la cantidad de especies que se oxidan o reducen Determinación del band gap de materiales fotovoltaicos

15 Voltamperometría cíclica para sistemas no acuosos

16 Voltamperometría cíclica para sistemas orgánicos Las reacciones electródicas de los compuestos orgánicos dependen marcadamente de las condiciones de reacción en las cuales se llevan a cabo. Estructura de la molécula orgánica considerada El disolvente El electrolito soporte El ph del medio de reacción o su capacidad donadora de protones El material y estado superficial del electrodo El potencial del electrodo La temperatura.

17 Disolvente Estos disolventes presentan una mayor resistencia eléctrica, pero amplían el intervalo de potencial

18 Elección del solvente Para seleccionar el solvente se debe considerar Las propiedades conductoras de electricidad El intervalo de potencial útil La reactividad y adsorción La pureza Toxicidad y fácil manipulación La presencia de agua u oxígeno disuelto en la solución, pueden enmascarar la oxidación propia del material, afectar la reproducibilidad del experimento con lo que daría un error en los datos, por lo tanto es importante utilizar solventes anhidros.

19 Electrolito soporte La elección de un electrolito soporte está condicionada a su intervalo útil de potencial, cuyo límite catódico depende del catión y el anódico del anión.

20 Electrolito soporte Los electrolitos soporte con cationes como Li +, permiten alcanzar potenciales bastantes negativos y con aniones como ClO 4- bastante positivos Recomendables: Las sales cuaternarias o de tetraalquilamonio (R4N + ) * cloruro de tetrametilamonio (Me4N + Cl - ) * perclorato de tetraetilamonio (Et4N + ClO4 - ). La concentración del electrolito soporte debe ser 0.1 M para a) LiClO 4 ; b) Et 4 N + ClO 4

21 Electrodos La naturaleza del electrodo de trabajo puede influir el curso de las reacciones electroquímicas, llegando incluso a formarse productos de constitución o composición distintas según el material del mismo. Electrodo auxiliar Pt en filamento, barra o resorte

22 Electrodos ELECTRODO DE REFERENCIA Para evitar la presencia de agua en el sistema, se recomienda emplear un electrodo de referencia no acuosos por ejemplo SCE o bien Ag/AgNO3 Alambre de Ag 0.1 M perclorato de tetrabutilamonio (TBAP) en acetonitrilo o diclorometano 10 mm de Ag NO3

23 ESPECIE ELECTROACTIVA Es importante tener la mayor información acerca de la especie a evaluar Potencial de óxido reducción Medio en que se disuelve Toxicidad Reacciones acopladas Oligotiofenos quinoides, Casado J. y col. An. Quim. 2006, 102 (4), 53-59

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25

26 CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS Volumen de trabajo 10 ml 0.1 M de perclorato de tetrabutilamonio en acetonitrilo o diclorometano anhidro 10 mg de la muestra (disolver en la solución anterior) Colocar la solución en la celda de trabajo Cerrar y burbujear nitrógeno o argón por 30 minutos

27 CONEXIONES PARA EL ANÁLISIS VERDE Electrodo de trabajo ROJO Contra-electrodo BLANCO Electrodo de referencia. GRIS Electrodo secundario (va conectado al WE) NEGRO Conexión a tierra física

28 CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS Los electrodos deberán estar juntos pero sin tocarse, ni tocar las paredes Los electrodos deben estar inmersos a la solución a alturas iguales, cubriendo el filamento interno El electrodo de trabajo se coloca en el centro y es el ultimo en conectarse y el primero en desconectarse

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30 POWERSUITE

31 POWERSUITE

32 POWERSUITE

33 POWERSUITE

34

35 VC y Band gap El band gap de un semiconductor orgánico es la diferencia de energía que existe entre dos orbitales moleculares. Es importante para evaluar las propiedades fotovoltaicas del material La VC permite evaluar los potenciales a los cuales ocurre el proceso redox en el que ocurre un cambio de energía.

36 Que es el HOMO-LUMO? Es la energía de los orbitales moleculares El orbital HOMO (orbital molecular ocupado de mayor energía) El orbital LUMO (orbital molecular desocupado de menor energía).

37

38 La oxidación y reducción de una molécula orgánica implica una transferencia electrónica y este fenómeno se puede evaluar mediante VC.

39 Importancia HOMO-LUMO El análisis de estos valores energéticos permite la cuantificación de propiedades electrónicas para comprender mejor la reactividad de la molécula, ya que a mayor energía en el orbital HOMO, mayor tendencia de la molécula a donar electrones; mientras que a menor energía del orbital LUMO, menor será la tendencia a aceptar electrones

40 Correlaciones con SCE El potencial onset de oxidación es justo donde comienza la oxidación El potencial onset de reducción es justo donde comienza la reducción

41 Donde ubicar el potencial onset?

42 Intersección de líneas

43 Donde ubicar el potencial onset?

44 Cómo obtener los datos de VC? I P = Potencial de ionización E a = Afinidad del electron E g = Band- gap

45 Electrodo de referencia diferente a SCE E Ag/AgNO3 vs SCE = ev

46 Ejercicios

47 Dos o más procesos REDOX

48 Rosario Galindo

49 Que es la impedancia? La impedancia es un término que describe la resistencia eléctrica (R), utilizando circuitos de corriente alterna (CA) CD Ley de Ohm E = IR CA E = IZ

50 Espectroscopia de impedancia (EIS) Es una técnica electroquímica que se basa en el uso de una señal en corriente alterna (CA). En ella se aplica una señal de potencial (E) a un electrodo y se mide su respuesta en corriente (I) a diferentes frecuencias

51 Espectro de impedancia (EIS) El potenciostato procesa las mediciones de potencial tiempo y corriente tiempo, dando como resultado una serie de valores de impedancia correspondientes a cada frecuencia estudiada. Esta relación de valores se conoce como espectro de impedancias

52 Que es la impedancia? La onda que se genera es muy rápida en un intervalo de frecuencias En este caso la zona compacta se correlaciona con el capacitor, el electrolito o zona difusa, con una resistencia al paso de corriente y la resistencia característica de un metal, se representa como la resistencia a la transferencia de carga

53 ircuito en serie resistencia y capacitancia Diagrama de Argand Z= Z + Z Z = R componente real Z = 1 /wc imginaria

54 ircuito en paralelo resistencia y capacitor A bajas frecuencias la impedancia es solo resistiva

55 Circuito de Randles Bajas f Transferencia de carga altas f Difusión lineal

56 Diagrama de Bode

57 Ejemplos

58 Condiciones o intervalo de frecuencias o amplitud o ángulo de fase Expresiones auxiliares el voltaje sinusoidal aplicado se expresa como: Donde E es el valor instantáneo del potencial, E es la amplitud máxima y ω es la frecuencia angular que se relaciona con la frecuencia (f) en la siguiente expresión

59 Circuitos equivalentes para Impedancia Son modelos a los cuales se trata de ajustar el ensamble físico, para tratar de explicar los fenómenos que ocurren en el sistema en términos eléctricos y determinar los factores de mayor relevancia en el dispositivo

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61 Electrodos En este caso se utiliza el dispositivo organico fotovoltaico Electrodo trabajo = ánodo Electrodo auxiliar y referencia = cátodo

62 Parámetros Es importante tener la mayor información acerca de la especie a evaluar Ventana de frecuencias Amplitid Intensidad de irradiación

63 CONSIDERACIONES PARA EL ANÁLISIS El dispositivo debe tener una pelicula uniforme, para garantizar el contacto entre ánodo y cátodo Durante todo el análisis se requiere una fuente constante de luz VERDE + GRIS ROJO + BLANCO NEGRO ánodo cátodo Conexión a tierra física

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65 POWERSUITE

66 POWERSUITE

67 POWERSUITE

68 PowerSuite Celda convencional irradiada

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70 Ejemplos

71 Preguntas?

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