Preparación de Materiales
2.3. NANOPARTÍCULAS DE ORO 1 Detalles experimentales
Las nanopartículas de oro (AuNPs) fueron depositadas electroquímicamente sobre la superficie de los transductores de CNT-PS. Tanto el depósito de las nanopartículas como las mediciones electroquímicas se realizaron empleando una celda electroquímica de tres electrodos análoga a la descrita en el apartado anterior, pero conectada a un potenciostato μ-Autolab tipo III (Ecochemie), controlado con el paquete de software GPES 4.7 (General Purpose Electrochemical System).
La síntesis de las nanopartículas de oro se llevó a cabo en una disolución de H2SO4 0.05 M que contenía HAuCl4 1 mM. Para realizar el depósito, el electrodo
de trabajo fue sumergido en esta disolución y se realizó entonces una voltamperometría cíclica empleando una ventana de potencial de –0.2 V a +0.8 V a una velocidad de escaneo de 0.1 V/s. Este proceso fue repetido por 5 ciclos. La voltamperometría cíclica también fue utilizada para la caracterización electroquímica de las nanopartículas de oro. Esta se llevó a cabo en una ventana de potencial entre –0.1 V y +1.2 V y una velocidad de escaneo de 0.1 V/s en una disolución de H2SO4 0.1 M.
Finalmente, el análisis morfológico de las muestras depositadas se realizó por SEM (Zeiss Neon 40)y el procesamiento de la imagen se realizó usando el software ImageJ. El análisis químico se realizó por XPS.
2.3.2. Resultados y discusión
Caracterización morfológica.
La Figura 2.9 incluye imágenes de SEM donde se aprecian las características morfológicas de las nanopartículas de oro depositadas sobre el transductor de CNT-PS. En la Figura 2.9(a) se aprecian la dispersión uniforme de las nanopartículas de oro en toda la superficie del CNT-PS. A su vez, en la Figura 2.9(a) se muestra la forma redondeada de las mismas. En la Figura 2.9(c) se
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incluye un diagrama de barras que representa la distribución de tamaño de las nanopartículas de oro. En este caso, se analizó un área total de 1.262 μm2, en
la que se contaron un total de 211 partículas. Tal y como se esperaba, la distribución de tamaños se ajusta a un perfil gaussiano. Así, se calculó que el diámetro de las nanopartículas se encuentra entre 7 y 30 nm, siendo 14 nm el diámetro promedio de las mismas.
Figura 2.9. La imagen (a) y (b) corresponden a las imágenes de SEM de las nanopartículas depositadas electroquímicamente sobre la capa de MWCNT-PS tomada a 45 KX y 204 KX, respectivamente. La escala en la imagen de la izquierda equivale a 500 nm y en la de la derecha a 200 nm. El histograma (c) corresponde a la distribución de los diámetros de las nanopartículas.
Caracterización electroquímica.
En la Figura 2.10 se presenta un voltamperograma cíclico obtenido con un sensor de CNT-PS-AuNPs. Se observa un pico de oxidación a +0.89 V y un pico de reducción a +0.56 V, que se atribuyen a la oxidación de las nanopartículas de oro en el barrido de ida, y a su posterior reducción en el de vuelta. Dichos picos coinciden con aquellos observados previamente por otros autores, tal y como se comenta a continuación.
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Figura 2.10. Voltamperometría cíclico registrado con un sensor de CNT-PS-AuNPs en una disolución de H2SO4 0.05 M (V = 0.1 V/s).
Angerstein-Kozlowska y Conway realizaron un estudio exhaustivo del mecanismo de oxidación de oro en medio ácido. En uno de sus artículos más citados3, en el que abordan la oxidación de oro en medio ácido en presencia de
iones ClO4- y SO42-, ellos observaron que, en presencia de ClO4-, tiene lugar un
proceso de oxidación de este metal de múltiples pasos observando en el voltamperograma cíclico correspondiente cuatro picos de oxidación presentados en los voltamperogramas registrados en este proceso, los cuales adscribieron a la formación de varias especies oxidadas de Au. En el correspondiente barrido de reducción observaron los cuatro picos catódicos correspondientes a aquellos observados en el proceso de oxidación. Al repetir este estudio en un medio diluido de H2SO4, equivalente al realizado en este trabajo, sólo pudieron observar
los dos picos de oxidación que aparecían a potenciales más positivos. La explicación dada por los autores para este comportamiento es que la quimisorción de los iones SO42- sobre el Au, hace que los primeros pasos de
oxidación se vuelvan menos “visible” por voltamperometría, provocando a su vez que sólo se observe un pico predominante de reducción.
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Igual que en el caso de los autores mencionados, otros autores han realizado estudios de la oxidación de las AuNPs,4–6 y así se ha aceptado de manera genérica el mecanismo de oxidación de oro que sigue las reacciones siguientes:
Au–(H2O) ads — Au–OH + H+ + e–
Au–OH — AuO + H+ + e–
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Caracterización química
El análisis químico por XPS fue realizado con el objetivo de corroborar los elementos que componen la superficie del electrodo. El espectro general de baja resolución de este análisis se presenta en la Figura 2.11, en donde se confirma la presencia de oro y carbono a través de sus picos característicos: la localización de las señales foto electrónicas Au 4f7/2 cerca de 84.5 eV, así como
de la señal Au 4f5/2 en 88.1 eV, indican la presencia de oro metálico,7–9 mientras
que el pico de C 1s a 285.8 eV es asociado con los nanotubos de carbono. También se observan los picos de Si 2s a 154.9 eV, Si 2p a 103.9 eV y O 1s a 533.2 eV, los cuales son aparecen debido al material del sustrato (Si/SiO2).
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