Síntesis y estudios de caracterización preliminares de nuevos materiales Sonogel modificados con Nanocarbon

Abstract

Los materiales sol-gel comenzaron a tomar protagonismo a mediados del s.XVIII con los estudios de Ebelman y Graham. Posteriormente, estos han sido ampliados por numerosos grupos de investigación, entre los cuales se encuentra el grupo de Instrumentación y Ciencias Ambientales (FQM- 249) del Departamento de Química Analítica de la Universidad de Cádiz, donde se han realizado diversos estudios sobre el Sonogel y el Sonogel-Carbono. La química del sol-gel proporciona un medio para la preparación de polímeros inorgánicos conductores a través de rutas sintéticas a temperatura ambiente. Los productos obtenidos, al ser sólidos rígidos conductores, son muy adecuados como dispositivos sensores en diversas técnicas electroquímicas. Además, a ello hay que sumar la enorme versatilidad que presentan dichos materiales en cuanto a las posibilidades de modificación tanto a nivel interno como externo. La principal contribución del grupo FQM-249 a la química sol-gel se centra en la fabricación y estudio de materiales Sonogel y Sonogel-Carbono, sintetizados mediante ultrasonidos de alta potencia y empleando grafito como modificante conductor masivo del material, para su aplicación en (bio)sensores. Debido a la importancia y el desarrollo que ha tenido la nanociencia en estos últimos años, se pensó sustituir el carbono grafítico por el Nanocarbon como modificante masivo del material, ya que al tratarse de carbono con dimensión de grano nanométrica, este podría mejorar las propiedades electroquímicas del material respecto a las del ya estudiado Sonogel-Carbono. En este Trabajo de Fin de Grado se realiza un estudio preliminar sobre la síntesis de nuevos materiales Sonogel, tomando como base dos aspectos fundamentales: por un lado, las referencias bibliográficas previas y la experiencia del grupo de investigación y; por otro, la utilización del Nanocarbon como nanomaterial en su fabricación. Por ello, una vez desarrollada una ruta de síntesis viable, se comienza con una caracterización electroquímica y estructural preliminar consistente en la utilización de las siguientes técnicas: - Voltamperometría Cíclica y Voltamperometría Diferencial de Impulsos como técnicas electroquímicas para evaluar el comportamiento electroquímico de un electrodo en desarrollo y su sensibilidad en la detección de diversos analitos electroactivos. - Microscopía de Fuerza Atómica y Espectroscopía Infrarroja como técnicas de caracterización de la superficie y de la estructura química de los electrodos desarrollados. Así pues, con esta investigación se obtiene una primera aproximación sobre la viabilidad de estos nuevos materiales como base de dispositivos sensores electroquímicos y se deja abierta una nueva línea de investigación para futuros proyectos.

The sol-gel materials started to gain prominence in the mid-18th century thanks to Ebelman and Graham’s researches. Later, those researches were broadened by several research groups, among which the Instrumentation and Environmental Sciences group (FQM-249) is found. This group belongs to the Department of Analytical Chemistry of the University of Cadiz, where different studies about Sonogel and Sonogel-Carbon have been conducted. The sol-gel chemistry gives us the means to prepare conductive inorganic polymers through synthetic routes at room temperature. The resulting products are highly suitable as sensor devices in several electrochemical techniques because they are solid rigid conductors. Furthermore, the great versatility of these materials regarding the possibilities for modification (at internal and external level) is truly remarkable. The main contribution of the FQM-249 group to the sol-gel chemistry is focused on the production and the study of Sonogel and Sonogel-Carbon materials, which have been synthesized through high-power ultrasounds and by using graphite as a massive conductive modifier of the material in order to be applied in (bio)sensors. Due to the importance and the development that nanoscience has experienced in recent years, the graphitic carbon was thought to be replaced by the Nanocarbon as a massive modifier of the material. The reason was that, because of being carbon nanopowder, it might improve the electrochemical properties of the material if compared with those of the studied Sonogel-Carbon. Thus, once a viable synthesis route is developed, the first step will be a preliminary structural and electrochemical characterization which will consist of using the following techniques: - The Cyclic Voltammetry and the Differential Pulse Voltammetry as electrochemical techniques in order to assess the electrochemical behavior of a developing electrode and its sensitivity in the detection of several electroactive analytes. - The Atomic Force Microscopy and the Fourier Transform Infrared Spectroscopy as characterization techniques of the surface and the chemical structure of the developed electrodes. Therefore, thanks to this research, we obtain a first approach about the viability of these new materials as the basis of electrochemical sensor devices. Moreover, a new line of research for future projects is left open.