Rational construction of functional metal surfaces through thermodynamic prediction and electrochemical stabilization
Lozano Mera, Bryan David(5) ; Martínez Velásquez, Jeniffer Alejandra(6) ; Lozano Mera, Bryan Alexander(4) ; Chuquizala Erazo, Diana Carolina(7) ; Heredia Jara, Verónica Paulina(5) ; Vera Oyarce, Cristian Mauricio(5); Cabezas Pailahueque, Andrea(5) ; Martínez Enríquez, Arturo Isaías(1,2) ; Conejeros Espíndola, Sergio(9) ; Mondaca Espinoza, Felipe Javier(3)
[1] Cinvestav Unidad Saltillo, Parque Industrial, Ramos Arizpe, Coahuila 25900, México. [2] Universidad Nacional de Ingeniería, Lima, Perú. [3] Facultad de Ingeniería, Universidad San Sebastián, Puerto Montt, Chile. [4] Laboratorio de Envases, Facultad de Ingeniería, Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile. [5] Laboratorio de Polímeros Conductores, Facultad de Química y Biología, Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile. [6] Laboratorio de Investigación de Propiedades Físicas de los Alimentos, Facultad de Ingeniería, Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile. [7] Laboratorio de Materiales Avanzados, Facultad de Ciencias, Universidad de Alicante, Alicante, España. [8] Laboratorio de Polímeros Conductores, Facultad de Química y Biología, Universidad de Santiago de Chile, Santiago, Chile. [9] Universidad Católica del Norte, Antofagasta, Chile.
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Abstract
La transformación electroquímica de especies metálicas disueltas en superficies funcionales ofrece una alternativa a su eliminación convencional de sistemas acuosos. Sin embargo, la construcción racional de dichas superficies requiere considerar la química de la solución precursora, el comportamiento durante la electrodeposición y la estabilización superficial en condiciones de operación. En este trabajo, se aplicó una metodología integrada que combina la predicción termodinámica, la deposición electroquímica, la estabilización alcalina y la evaluación funcional a sistemas de CoCl2, CuCl2, FeCl2, MnCl2 y ZnCl2. Inicialmente, se utilizaron cálculos de especiación química e índice de saturación mediante Visual MINTEQ para definir las condiciones químicas previas a la electrodeposición, seguidos de voltamperometría de barrido lineal y cronoamperometría para generar recubrimientos metálicos. La estabilización alcalina en KOH 1 M reveló comportamientos superficiales diferenciados: la deposición de Mn se vio limitada por la reacción competitiva de desprendimiento de hidrógeno y los recubrimientos de Zn sufrieron disolución, mientras que las superficies basadas en Co, Cu y Fe permanecieron estables. Una evaluación electroquímica posterior orientada a la oxidación de amoníaco identificó al Co y al Cu como las superficies funcionales más prometedoras, las cuales fueron caracterizadas adicionalmente mediante SEM, GI-XRD y espectroscopía Raman. Los resultados demuestran que la integración de la predicción termodinámica con la construcción y estabilización electroquímicas proporciona una vía racional para transformar metales disueltos en superficies electroquímicas estables y potencialmente funcionales.
Keywords: Electrodeposición; Especiación química; Superficies funcionales.