Electrooxidación de alcohol bencilico a partir de electrocatalizadores con soporte de puntos cuánticos de carbono (CQDs) obtenidos de biomasa y decorados con Pt

Abstract

La elaboración de un electrocatalizador eficaz para la electrooxidación de alcohol bencílico (AB), y su potencial aplicación en sustancias orgánicas recalcitrantes contaminantes de aguas residuales, es el eje central de esta investigación, donde se parte de la elaboración de puntos cuánticos de carbono (CQDs), nanopartículas con propiedades optoelectrónicas, los cuales fueron sintetizados a partir de un residuo agroindustrial como la cascarilla del grano de cacao (CGC), dichas nanopartículas son usadas para potenciar el poder de oxidación de un electrocatalizador convencionalmente usado en las reacciones electrocatalíticas, el titanio platinizado (Pt/Ti). Para ello se determinaron parámetros como el área superficial electroactiva (ASEA) y el coeficiente de rugosidad (CR), finalmente son empleados en la electrooxidación del alcohol bencílico a una densidad de corriente (j) de 20 mA/cm², donde la cuantificación de la degradación se realizó mediante UHPLC-DAD y la identificación de los subproductos de degradación mediante GC-MS. Los resultados más relevantes de esta investigación determinaron que es posible sintetizar CQDs a partir de una biomasa como la CGC obteniendo un rendimiento de 4.32 ± 0.08 %, el cual puede parecer bajo, pero considerando que se obtienen de un precursor que se encuentra en gran cantidad (biomasa lignocelulósica) y de bajo costo, se podría explotar su fabricación por este método. Los resultados del ASEA de los electrocatalizadores fueron de 9.51 ± 0.29 cm² y 0.59 ± 0.11 cm² para Pt/CQDs/Ti G y Pt/Ti respectivamente, lo que evidenció un claro aumento de esta propiedad cuando hay presencia de los CQDs en la superficie del material. Así mismo hubo un aumento considerable en el CR con la presencia de los CQDs, además de que mejoró la conductividad del material, ya que demostró ser el electrocatalizador menos resistivo de los estudiados en impedancia electroquímica, estos resultados dieron a entender que en definitiva la adición de CQDs a la superficie interlaminar entre el Pt y el Ti mejora las propiedades electrónicas. Finalmente, cuando fueron empleados los electrocatalizadores en la degradación de 100 μg/mL de AB se obtuvieron a las 6 horas de reacción, concentraciones finales de 20.99 ± 4.54 y <0.06 μg/mL para Pt/Ti y Pt/CQDs/Ti respectivamente. Los resultados de electrooxidación fueron concordantes con los obtenidos en la caracterización de los electrocatalizadores, donde el material con CQDs fue el que siempre obtuvo los mejores resultados para esta aplicación, lo cual se vio reflejado en la obtención de la menor concentración final de AB y, por ende, el mayor porcentaje de remoción. Finalmente se realizó un estudio de los subproductos de degradación del AB mediante GC-MS, encontrando cuatro subproductos, los cuales presentaron masas relativamente menores a las del alcohol bencílico. Estos resultados dan a entender que, aunque no se haya dado una mineralización completa del analito, si se logró romper el anillo aromático lo cual es uno de los principales problemas para la degradación de los contaminantes recalcitrantes.