Desarrollo de materiales híbridos basados en óxidos metálicos y nanomateriales de carbono para la detección electroquímica de biomoléculas

Abstract

Con el fin de fabricar sensores para la detección de peróxido de hidrógeno altamente sensibles y estables, en esta memoria de título se aplicó la síntesis hidrotermal, seguida de tratamiento térmico para fabricar los multióxidos NiMoO4 y CoMoO4. Mediante el análisis DRX se determinó que en el caso del multióxido NiMoO4, fue necesaria una posterior calcinación de la muestra mientras que para el multióxido CoMoO4 solo fue necesario aumentar la temperatura de reacción al doble de lo reportado en literatura para obtener el multióxido deseado. Se realizó una caracterización morfológica de ambos materiales mediante SEM obteniendo partículas del tipo nanohilos para el multióxido NiMoO4 y nanobarras para el multióxido CoMoO4. Se confirmó la presencia de los elementos correspondientes mediante EDX; para el multióxido NiMoO4 se obtuvo un porcentaje atómico de: O 57%, Ni 11% y Mo 11%. Para el multióxido CoMoO4 se obtuvo un porcentaje atómico de: O (64%), Co (13%) y Mo (11%). A partir de los multióxido sintetizados se fabricaron compositos a partir de 70% de multióxido y 30% de óxido de grafeno reducido. Se determinó el ángulo de contacto de ambos compositos, concluyendo que ambos son hidrofílicos, pero el composito CoMoO4/rGO sería más hidrofílico que el composito NiMoO4/rGO. Ambos compositos se utilizaron como material electrocatalítico para la oxidación y reducción de peróxido de hidrógeno, utilizando electrodos de carbón vitreo modificados con dispersión que contenía composito CoMoO4/rGO y NiMoO4/rGO respectivamente. A partir del estudio electroquímico se determinó que ambos compositos presentan actividad hacia la oxidación de peróxido de hidrógeno y no hacia la reducción de éste. Además, se concluye que el mejor potencial de trabajo es de 0,6 V para el composito NiMoO4/rGO y 0,4 V para el composito CoMoO4/rGO. Se estudió para ambos compositos a través de amperometrías, el efecto de distintas concentraciones de peróxido de hidrógeno y como afectaba la sensibilidad obtenida. Se obtuvo que la mayor sensibilidad (47,7 μAmM-1 R2=0,99956) se logró para los electrodos modificados con composito CoMoO4/rGO utilizando una solución madre de H2O2 2,5mM. En función del estudio de estabilidad del composito CoMoO4/rGO, se obtuvo que la perdida de corriente promedio fue de 34,1% ±6,6%, luego de 2700 s transcurrida la inyección de analito. Por último, se analizó la capacidad de interferencia de la glucosa en la medición de peróxido de hidrógeno para ambos compositos, obteniendo que la glucosa no sería un interferente en las condiciones estudiadas.

In order to manufacture highly sensitive and stable sensors for the detection of hydrogen peroxide, in this title report hydrothermal synthesis was applied, followed by thermal treatment to manufacture the multioxides NiMoO4 and CoMoO4 . Through XRD analysis, it was determined that in the case of the multioxide NiMoO4, a subsequent calcination of the sample was necessary, while for the multioxide CoMoO4 it was only necessary to increase the reaction temperature to twice that reported in the literature to obtain the desired multioxide. A morphological characterization of both materials was carried out using SEM, obtaining nanowire-type particles for the multioxide NiMoO4 and nanorods for the multioxide CoMoO4. The presence of the corresponding elements was confirmed by EDX; for the multioxide NiMoO4, an atomic percentage of: O 57%, Ni 11% and Mo 11% was obtained. For the multioxide CoMoO4, an atomic percentage of: O (64%), Co (13%) and Mo (11%) was obtained. From the synthesized multioxides, composites were manufactured from 70% multioxide and 30% reduced graphene oxide. The contact angle of both composites was determined, concluding that both are hydrophilic, but the CoMoO4/rGO composite would be more hydrophilic than the NiMoO4/rGO composite. Both composites were used as electrocatalytic material for the oxidation and reduction of hydrogen peroxide, using glassy carbon electrodes modified with dispersion containing NiMoO4/rGO and CoMoO4/rGO composite respectively. From the electrochemical study it was determined that both composites present activity towards the oxidation of hydrogen peroxide and not towards its reduction. Furthermore, it is concluded that the best working potential is 0,6 V for the NiMoO4/rGO composite and 0,4 V for the CoMoO4/rGO composite. The effect of different concentrations of hydrogen peroxide and how it affected the sensitivity obtained was studied for both composites through amperometry. It was obtained that the highest sensitivity (47,7 μAmM-1 R2=0,99956) was achieved for the electrodes modified with CoMoO4/rGO composite using a stock solution of 2,5mM H2O2. Based on the stability study of the CoMoO4/rGO composite, it was obtained that the average current loss was 34,1% ±6,6%, after 2700 s after the analyte injection. Finally, the interference capacity of glucose in the measurement of hydrogen peroxide was analyzed for both composites, obtaining that glucose would not be an interferent under the conditions studied.