Desarrollo de materiales híbridos basados en grafeno y óxidos de cobalto para la detección electroquímica de peróxido de hidrógeno

Abstract

En esta tesis se sintetizaron dos tipos materiales híbridos, Co2TiO4 (CTO) con Óxido de grafeno reducido (OGR) y Co2SnO4 (CSO) con OGR, obtenidos por el método de síntesis hidrotermal. Estos materiales fueron obtenidos por dos rutas de síntesis, in situ y ex situ y a su vez con distintos porcentajes de OGR. Para verificar la formación de los óxidos de cobalto los materiales fueron caracterizados por técnicas de difracción, además para determinar la distribución de los cationes en la estructura cristalina se realizó un refinamiento estructural. Se determinaron los estados de oxidación por espectroscopía de fotoelectrones de rayos X (XPS), la morfología, tamaño de partículas y composición fueron evaluadas por microscopia de barrido electrónico (SEM-EDX). Además, los materiales híbridos se caracterizaron por isotermas de adsorción BET, Espectroscopía Raman y microscopía electroquímica de barrido. Por técnicas electroquímicas se evaluó la respuesta de reducción del peróxido de hidrógeno (H2O2) producida por electrodos de carbono vítreo modificados con los materiales híbridos. Mediante impedancia electroquímica se estudió la interfase electrodo-solución donde se determinó un efecto en la disminución de la resistencia en los híbridos a medida que aumenta la proporción de OGR, relacionándose además con una mayor respuesta amperométrica para la detección del analito. Considerando que los híbridos con mayor porcentaje de OGR (25%) son los que presentaron una mejor actividad electroquímica. Y que tanto los híbridos que contienen CTO y CSO presentaron un efecto sinérgico en la respuesta electroquímica de H2O2, sin embargo, diferencias considerables se obtuvieron entre el híbrido in situ de CTO/OGR que generó un 20% más en la respuesta amperométrica que el hibrido ex situ de CSO+OGR e in situ de CSO/OGR. Desde un punto de vista analítico, se determinó que para este mismo híbrido in situ obtenido a partir de CTO/OGR con un 25% de este último presentó un aumento de la respuesta para la detección analítica de peróxido de hidrógeno de 11 y 5 veces mayor en comparación con la de CTO solo y OGR, respectivamente, y un aumento de dos veces en comparación con la del electrodo modificado con el híbrido ex situ de CSO/OGR. Por otro lado, se realizó la evaluación de la respuesta electroanalitica para la oxidación de H2O2 no observándose diferencias significativas entre los dos óxidos estudiados Finalmente, el hibrido in situ de CTO/OGR se presenta como un buen candidato de sensor electroquímico para la detección de H2O2, ya que tiene buena estabilidad en la respuesta amperométrica, alta sensibilidad, bajo límite de detección y selectividad

In this thesis two-hybrid material’ family were synthesized, Co2TiO4 (CTO) with graphene oxide reduced (OGR) and Co2SnO4 (CSO) with OGR, obtained by the hydrothermal synthesis. These materials were obtained by two synthetic routes, in-situ and ex-situ, with different percentages of OGR. To verify the formation of cobalt oxides, the materials were characterized by diffraction techniques, to determinate the cations distributions in the crystalline structure, a structural refinement was performed. Oxidation state was determined by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), morphology, particle size and composition were evaluated by scanning electron microscopy (SEM-EDX). In addition, hybrid materials were characterized by BET adsorption isotherms, Raman spectroscopy and scanning electrochemical microscopy. The reduction response of hydrogen peroxide (H2O2) produced by glassy carbon electrodes modified with hybrid materials was evaluated by electrochemical techniques. Through electrochemical impedance, the electrode-solution interface was studied, where an effect on the reduction of resistance in hybrids was determined as the proportion of OGR increases, also being related to a higher amperometric response for the detection of the analyte. Considering that the hybrids with the highest percentage of OGR (25%) have the best electrochemical activity. And both CTO and CSO hybrids had a synergistic effect on the electrochemical response of H2O2. However, considerable differences were obtained between the in situ hybrid of CTO/OGR that generated 20% more in the amperometric response than the ex situ hybrid of CSO+OGR and in situ hybrid of CSO/OGR. From an analytical point of view, it was determined that for this same in situ hybrid obtained from CTO/OGR with 25% of OGR, there was an increase in the response for the analytical detection of hydrogen peroxide of 11 and 5 times greater compared to that of CTO and OGR pristine, respectively, and a two-fold increase compared to that of the modified electrode with the ex situ hybrid of CSO+OGR. On the other hand, the evaluation of the electroanalytic response for the oxidation of H2O2 was performed, not observing significant differences between the two oxides studied Finally, the CTO/OGR in situ hybrid is presented as a good electrochemical sensor candidate for the detection of H2O2, since it has good stability in the amperometric response, high sensitivity, low detection limit and selectivity