Síntesis y caracterización de nanopartículas de Pt, Ni y Au soportadas en nanotubos de carbono para el estudio de procesos redox interfaciales en presencia de glucosa

Abstract

RESUMEN: En la presente investigación se muestran los resultados de diferentes tratamientos de funcionalización sobre nanotubos de carbono y su efecto en la incorporación de nanopartículas de platino, níquel y oro en su superficie. Se determinaron las condiciones óptimas del método de Descomposición Térmica en Fase Vapor para la incorporación de las partículas metálicas sobre la superficie de los nanotubos de carbono. Finalmente, se evaluaron las propiedades electroquímicas de los materiales resultantes para su potencial aplicación en el desarrollo de un sensor de glucosa.

Los nanotubos de carbono fueron funcionalizados mediante dos tratamientos. El primer tratamiento consistió en una mezcla de ácidos; HNO3 + H2SO4 (12.5% v/v) por un tiempo de 6 h para eliminar el carbono amorfo proveniente de la síntesis de los NTC . Para el segundo tratamiento solo se utilizó HNO3 (40% v/v) por un tiempo de 24 h para eliminar trazas de catalizadores (Fe); ambos tratamientos generaron grupos funcionales. La incorporación de las nanopartículas metálicas se realizó mediante el proceso de Descomposición Térmica en Fase Vapor utilizando acetilacetonato de platino y níquel y dimetil-acetilacetonato de oro como precursores de la fase metálica.

Las propiedades electroquímicas de los materiales obtenidos, se evaluaron en los procesos redox de glucosa mediante Voltametría Cíclica y Espectroscopia Diferencial de Masas (DEMS). Se utilizó una celda eletroquímica convencional de tres electrodos. Se utilizaron como electrolitos H2SO4 (0.5 M), NaOH (0.5 M) y PBS (pH= 7.2) Los resultados indican que los NTC funcionalizados con HNO3 tienen una mejor eliminación de Fe que los NTC funcionalizados en una mezcla de ácidos. Los resultados electroquímicos indican que el Fe inhibe los procesos de óxido-reducción característicos del metal incorporado en turno. Los materiales Pt/fN-NTC presentan una relativa-alta selectividad para oxidar la glucosa en medio ácido respecto a los demás materiales obtenidos (Ni/fN-NTC y Au/fNNTC). El mejor desempeño podría estar asociado a una mejor interacción del Pt con la glucosa en un medio ácido. Los resultados indican que en el material Pt/fN-NTC se están llevando a cabo reacciones directas de oxidación de glucosa y en el caso del material Au/fN-NTC las reacciones de oxidación de glucosa se realizan de manera indirecta.

ABSTRACT: The present investigation shows the results of different functionalization treatments on carbon nanotubes and their effect on the incorporation of platinum, nickel and gold nanoparticles on their surface. The optimal conditions of the Vapor Phase Thermal Decomposition method were determined for the incorporation of the metallic particles on the surface of the carbon nanotubes. Finally, the electrochemical properties of the resulting materials were evaluated for their potential application in the development of a glucose sensor.

The carbon nanotubes were functionalized by two treatments. The first treatment consisted of a mixture of acids; HNO3 + H2SO4 (12.5% ​​v / v) for a time of 6 h to eliminate the amorphous carbon from the synthesis of NTCs. For the second treatment, only HNO3 (40% v / v) was used for 24 h to eliminate traces of catalysts (Fe); both treatments generated functional groups. The incorporation of the metallic nanoparticles was carried out by means of the Vapor Phase Thermal Decomposition process using platinum nickel acetylacetonate and gold dimethyl acetylacetonate as precursors of the metallic phase.

The electrochemical properties of the materials obtained were evaluated in the glucose redox processes by Cyclic Voltammetry and Differential Mass Spectroscopy (DEMS). A conventional three electrode electrochemical cell was used. H2SO4 (0.5 M), NaOH (0.5 M) and PBS (pH = 7.2) were used as electrolytes. The results indicate that the NTC functionalized with HNO3 have a better elimination of Fe than the NTC functionalized in a mixture of acids. The electrochemical results indicate that Fe inhibits the oxidation-reduction processes characteristic of the metal incorporated in turn. The Pt / fN-NTC materials have a relatively high selectivity to oxidize glucose in an acid medium with respect to the other materials obtained (Ni / fN-NTC and Au / fNNTC). The best performance could be associated with a better interaction of Pt with glucose in an acid medium. The results indicate that direct glucose oxidation reactions are being carried out in the Pt / fN-NTC material and in the case of the Au / fN-NTC material the glucose oxidation reactions are carried out indirectly.