Electrodo modificado químicamente

Un electrodo modificado químicamente es un conductor eléctrico cuya superficie se modifica para diferentes funciones electroquímicas . Los electrodos modificados químicamente se fabrican utilizando métodos avanzados para sistemas de electrodos, mediante la adición de una película o capa delgada de ciertos productos químicos para cambiar las propiedades del conductor según su función específica. ^{[ 1 ]}

En un electrodo modificado, una sustancia de oxidación-reducción realiza la electrocatálisis transfiriendo electrones del electrodo a un reactivo o sustrato de reacción . ^{[ 2 ]}

La modificación de las superficies de los electrodos ha sido una de las áreas de investigación más activas en electroquímica desde 1979, ya que permite controlar cómo interactúan los electrodos con su entorno. ^{[ 1 ]}

Los electrodos modificados químicamente se diferencian de otros tipos de electrodos en que poseen una monocapa molecular o capas de película de micras de espesor , formadas por una sustancia química específica (según la función del electrodo). Esta película delgada se recubre sobre la superficie del electrodo. El resultado es un electrodo modificado con nuevas propiedades químicas especiales en términos de propiedades físicas , químicas, electroquímicas, ópticas, eléctricas, de transporte y otras propiedades útiles. ^{[ 3 ]}

Los electrodos modificados químicamente y los electrodos en general dependen en gran medida del transporte de electrones : un término general para los procesos electroquímicos donde la carga se transporta a través de las películas químicas hacia el electrodo. El término "cobertura" se utiliza para expresar el área normalizada en mol/m² de un tipo específico de sitio químico en la película química delgada sobre la superficie del electrodo modificado químicamente. ^{[ 3 ]}

Los avances en el campo de la ciencia electroquímica se volvieron cada vez más exhaustivos hasta que los científicos encontraron que las superficies desnudas ya no eran útiles para continuar sus investigaciones. Esto se debía a que las investigaciones que involucraban electrodos requerían ciertas propiedades químicas y físicas que no existían de forma natural en los materiales utilizados como conductores eléctricos. Para resolver este dilema, recurrieron a la modificación química para adaptar los materiales que utilizaban. Se adhieren átomos, moléculas y nanopartículas a la superficie de los materiales para modificar sus propiedades electrónicas y estructurales, lo que conlleva un cambio en su funcionalidad . ^{[ 1 ]}

En sus primeras etapas, los electrodos modificados químicamente se aplicaron únicamente en las tecnologías para las que fueron diseñados inicialmente (ajuste de superficies para investigaciones electroquímicas). Posteriormente, estos electrodos proporcionaron vías eficaces para optimizar su rendimiento. La modificación de electrodos facilitó los siguientes procesos en la electroquímica analítica :

• Proporcionar selectividad a los electrodos
• Resistente a la suciedad
• Especies concentradas
• Mejora de las propiedades electrocatalíticas
• Limitar el acceso de interferencias en muestras complejas

También proporcionó una vía para otros fines, como por ejemplo:

• Investigación sobre la conversión de energía
• Investigar los fenómenos que influyen en los procesos electroquímicos.
• Almacenamiento y protección contra la corrosión
• Desarrollo de la electrónica molecular
• Desarrollo de dispositivos electrocrómicos

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Los campos de investigación donde se utilizan electrodos modificados químicamente incluyen:

Investigaciones electroquímicas básicas

Transferencia de electrones entre electrodos y electrolitos .

Electrostaticidad en superficies de electrodos

cargas eléctricas estacionarias o lentas.

Transporte de electrones y transporte iónico en polímeros

Movimiento de electrones de una especie o átomo a otro, con especial atención a los polímeros.

Diseño de sistemas y dispositivos electroquímicos

La creación de sistemas y dispositivos que utilizan electrodos modificados químicamente con todas las especificaciones requeridas para dichos sistemas o dispositivos.

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La superficie de los electrodos se puede modificar de las siguientes maneras:

(1) Adsorción ( Quimisorción )

Un método que utiliza el mismo tipo de fuerzas de valencia involucradas en la formación de compuestos químicos, donde la película se adsorbe fuertemente, o se quimisorbe, sobre la superficie del electrodo, dando como resultado una cobertura de monocapa. Este enfoque implica monocapas autoensambladas (SAM) acopladas al sustrato , donde las moléculas se quimisorben espontáneamente a la superficie del electrodo, lo que da como resultado una estructura de superred microscópica de capas formadas sobre ella. ^{[ 3 ]}

(2) Enlace covalente

Método que utiliza agentes químicos para crear un enlace covalente entre una o más monocapas del modificador químico y la superficie del electrodo. Los agentes comunes utilizados en este método incluyen organosilanos y cloruro cianúrico . ^{[ 3 ] [ 4 ]}

(3) Recubrimiento de película de polímero

Un método que utiliza uno de los siguientes materiales para fijar películas de polímeros conductores y no conductores de electrones a la superficie del electrodo:

• Quimisorción y baja solubilidad en la solución de contacto
• Anclaje físico en un electrodo poroso

Este método consiste en eliminar especies químicas (sustrato) de monocapas autoensambladas para permitir la adsorción de moléculas en la superficie del electrodo independientemente de la estructura original del sustrato. Las películas de polímero pueden ser orgánicas , organometálicas o inorgánicas , y pueden contener el modificador químico o bien este se puede añadir al polímero en un proceso posterior. ^{[ 3 ] [ 4 ]}

(4) Compuesto

Método que consiste en mezclar el modificador químico con un material de matriz de electrodo. Un ejemplo de este método es la mezcla de un mediador de transferencia de electrones (el modificador químico) con partículas de carbono en un electrodo de pasta de carbono (la matriz del electrodo). ^{[ 3 ]}

Los electrodos de pasta de carbono, pasta de carbono vítreo, carbono vítreo, etc., cuando se modifican, se denominan electrodos modificados químicamente. Los electrodos modificados químicamente se han empleado para el análisis de especies orgánicas e inorgánicas. ^{[ 5 ]}