Estudio electroquímico del efecto del cobre(i) como catalizador en la oxidación de cianuro con luz visible utilizando películas de óxido de titanio dopado con nitrógeno

Abstract

Con el objetivo de catalizar la oxidación de cianuro logrando su degradación a la menor energía y mayor velocidad posibles, se estudió el efecto del Cu(I) soluble y la luz visible irradiada sobre distintos electrodos en procesos redox y electroquímicos. Se prepararon electrodos fotoactivos bajo luz visible recubriendo láminas de acero inoxidable AISI-304 y titanio con un sol de dióxido de titanio dopado con nitrógeno, N-TiO2, por el método dip-coating; además se prepararon nanotubos de dióxido de titanio dopados con iones fluoruro. Las películas de N-TiO2 fueron caracterizadas por microscopia electrónica de barrido (SEM) y espectroscopia infrarrojo. La oxidación de cianuro empleando luz visible fue investigada en soluciones 0.03 M con diferentes concentraciones de Cu(I): 1.87, 5.61 y 9.35 mM, usando diagramas de especiación química (distribución de especies, Pourbaix y Eh-pH), una combinación de métodos electroquímicos (voltamperometría y cronoamperometría) y microscopía (SEM). Los procesos redox fueron investigados por medidas de potencial a circuito abierto, encontrando que los estados localizados en la brecha de energía prohibida actúan como sitios de entrampamiento de electrones y recombinación de los portadores de carga. Los complejos [Cu(CN)3]2- catalizan la oxidación de cianuro, mientras la fotocorriente generada por la iluminación del electrodo aumenta el proceso de oxidación. El material (acero inoxidable o titanio) del contacto eléctrico que soporta al semiconductor fotoactivo (N-TiO2 o F-TiO2), así como la forma en que se encuentran unidos, su textura (nanopartículas o nanotubos) y características superficiales (homogeneidad) influyen en la oxidación catalizada de cianuro a través de la especie química [Cu(CN)3]2-. La generación de nanotubos sobre titanio evita la formación de una interfase adicional respecto al proceso dip-coating, disminuyendo los procesos de recombinación ya que ofrece a los electrones un camino direccionado para transportarse hacia el titanio, a diferencia del camino tortuoso que siguen en una película nanoparticulada obtenida por sol-gel.