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Formación electroquímica de fases

El tema de formación electroquímica de fases, en particular los estudios de nucleación electroquímica de metales es una línea de investigación que ha producido trabajos bien conocidos en la literatura desde 1984 hasta el presente (eg. la publicación [1] formúla un modelo de nucleación tridimensional controlada por difusión (N3DCD) que acumula 317 citas en el período 1984-2015.

En base al modelo N3DCD, se ha estudiado recientemente la nucleación de diversos sistemas, entre ellos, Ag, Co y Cu [2],[3],[4],[5],[6], así como las propiedades catalíticas de los nucleos de estos materiales para reacciones como la evolución de hidrógeno en el caso del Co y la reducción de nitratos en el caso del Cu [7],[8],[9],[10]. Estos estudios forman parte de las tesis de maestría de M.G. Montes de Oca Yehma [11], M. Aguilar-Sanchez e I. Aldana [12] (México), estudiantes que realizaron estancias largas de investigación en el Laboratorio de Electroquímica como parte de sus proyectos de postgrado.

El modelo N3DCD original ha sido refinado y expandido a geometrías mas generales [13] y nuevas consideraciones sobre sus premisas de estadística espacial [14],[15] en los trabajos de Tesis de Grado de D. Branco [16] (artículo invitado en el Journal of Solid State Electrochemistry conmemorativo del retiro del Dr. Keith Oldham), D. Mazaira [17] y F.J. Malaret [18] (USB).

Una revision de los alcances del modelo clásico de nucleación para agregados de dimensiones nanométricas fué estudiado a profundidad analizando la nucleación de Ag con el modelo de N3DCD [19],[20] como parte de la tesis de Maestria de K. Saavedra [21] (USB).

Recientemente se iniciaron estudios sobre la electrodeposición de aleaciones, con la intención de extender el alcance de los modelos de N3DCD existentes a este caso especial de la electrodeposición de fases metálicas. La extensión del modelo de N3DCD a la electrodeposición de aleaciones “normales” se publicó por invitación en un número especial del Journal of Solid State Electrochemistry conmemorativo del retiro del Dr. Alexander Milchev,[22] una de las autoridades mas reconocidas en el tema de electrocristalización.

Como parte de la colaboración con el Dr. José Gonzalez del Instituto de Electroquímica de la Universidad de Alicante, se estudió el mecanismo de formación de PbO2 [23], como un caso de electrocristalización anódica controlada por la cinética de transferencia de carga y no por transporte de masa como en el caso del modelo NTCD. Este trabajo formó parte del proyecto doctoral de V. Saez de la Universidad de Alicante.

La experiencia del Grupo de Electroquímica en el area de formación electroquímica de fases ha quedado plasmada en libros especializados, en particular un capítulo invitado en la Enciclopedia de Electroquimica editada por el Dr. A. Bard publicada por Wiley en 2003 [24], un capítulo invitado en la colección de monografías sobre tópicos de electroquímica avanzada en dos volumenes editada por el Dr. N. Alonso-Vante (Francia) [25], un capítulo invitado en un volumen dedicado a electrodeposición editado por  el Dr. L.H. Mendoza-Huizar [26] y muy recientemente, un capítulo invitado en el libro “Developments in Electrochemistry: Science Inspired by Martin Fleischmann”, una publicación de Wiley en honor a la memoria de Martin Fleischmann, uno de los pioneros en el area de electroposición electroquímica de fases [27]

Los estudios realizados en colaboración con el Departamento de Materiales de la UAM-Azcapotzalco han sido publicados en forma de capítulo invitado en una compilación de monografías especializadas [28] y un proceeding arbitrado de un trabajo presentado en el symposium "New Processes and Materials Based on Electrochemical Concepts at the Microscopic Level" del MicroEchem 2013, Mexico [29].

En 2007, se publicó un capítulo invitado en el mismo volumen describiendo el transporte de hidrógeno en Pd, comparandose la cinética del proceso en Pd masivo y electrodepositado en forma de núcleos mediante tecnicas de NTCD [30].

Referencias 


[1] “3-Dimensional Nucleation With Diffusion Controlled Growth .1. Number Density Of Active-Sites And Nucleation Rates Per Site”, Scharifker, Br; Mostany, Journal Of Electroanalytical Chemistry, 13(23)1984

[2]Study on the influence of chloride concentration on copper electrodeposition”, M.G. Montes de Oca Yehma, J.L. Mostany, M.T. Ramírez-Silva, M. Romero-Romo, B.R. Scharifker, M. Palomar-Pardavé, in Electrochemical Surface Science: Recent Advances in the Study of The Electrode-Electrolyte Interface, M. Soriaga, J. Baricuatro, N. Batina (Eds.), ECS transactions, 3(34), 25-34 (2007)

[3] “Gathering kinetic data of electrochemical phase formation processes through analysis of experimental current transients. Overview and new approaches”, M. Palomar-Pardavé, M. Romero-Romo, M.T. Ramírez-Silva, J.L. Mostany, B.R. Scharifker, in Electrochemical Surface Science: Recent Advances in the Study of The Electrode-Electrolyte Interface, M. Soriaga, J. Baricuatro, N. Batina (Eds.), ECS transactions, 3(34), 45-52 (2007

[4] “Electrodeposition under forced convection conditions”, M.G. Montes de Oca Yemha, J.L. Mostany, M.T. Ramírez-Silva, M. Romero-Romo, B.R. Scharifker, M. Palomar-Pardavé, in Electrochemical Surface Science: Recent Advances in the Study of The Electrode-Electrolyte Interface, M. Soriaga, J. Baricuatro, N. Batina (Eds.), ECS transactions, 3(34), 117-125 (2007)

[5] “Influencia del espesor de la capa de difusión (d) sobre el proceso de electronucleación de plata sobre carbono vítreo”, M.G. Montes de Oca, J. Mostany, M.T. Ramírez Silva, B.R. Scharifker, M. Romero Romo, M. Palomar Pardavé, Memorias del XXII Congreso Nacional de la Sociedad Mexicana de Electroquímica, Pachuca, México, 1596-1609 (2007)

[6] “Estudio teórico y experimental de la nucleación y crecimiento (3D) de nuevas fases limitada por la difusión sobre la superficie de un electrodo bajo condiciones hidrodinámicas controladas”, Jorge Iván Aldana González, Master en Ciencias e Ingeniería de los Materiales, Diciembre de 2010

[7] “Estudio electroquímico del proceso de nucleación de cobre con reducción simultánea de nitratos”, M.G. Montes de Oca, J. Mostany, M.T. Ramírez Silva, B.R. Scharifker, M. Romero Romo y M. Palomar Pardavé, Memorias del XXII Congreso Nacional de la Sociedad Mexicana de Electroquímica, Pachuca, México, 1248-1259 (2007)

[8]  “Electrochemical Characterization of Nitrate Reduction on Recently Deposited Cooper Nuclei”, M. Aguilar-Sanchez, M. Palomar-Pardave, B. Scharifker, J. Mostany, M. Ramirez-Silva, M. Romero-Romo, ECS transactions, 15(1), 371-381 (2008)

[9]  “Electroanalytic Study of Nitrates Detection using Cooper and Glassy Carbon Electrodes Modified with Copper Nuclei”. M. Aguilar-Sanchez, S. Avendano, M. Ramirez-Silva, M. Palomar-Pardave, B. Scharifker, J. Mostany, M. Romero-Romo. ECS transactions, 2008 vol. 15 (1) pp. 555-561

[10] “Analysis of the copper electrodeposition current transients in nitrates media”, M. Aguilar-Sánchez, M.E. Palomar-Pardavé, S. Corona-Avendaño, M.A. Romero-Romo, M.T. Ramírez-Silva, B.R. Scharifker, J. Mostany, I. Rodríguez-Torres, ECS Transactions 20(1), 357-364 (2009)

[11] “Estudios teóricos y experimentales en la nucleación y crecimiento de cúmulos metálicos bajo condiciones de convención forzada”. María Guadalupe Montes de Oca Yehma, Maestría en Ciencias e Ingeniería de los Materiales, Universidad Autónoma Metropolitana – Azcapotzalco, México – Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela, Abril 2007

[12] "Estudio teórico y experimental de la nucleación y crecimiento (3D) de nuevas fases limitada por la difusión sobre la superficie de un electrodo bajo condiciones hidrodinámicas controladas”, Jorge Iván Aldana González, Master en Ciencias e Ingeniería de los Materiales, Diciembre de 2010.

[13]The current transient for nucleation and diffusion-controlled growth of spherical caps”, D. Branco, J. Mostany, C. Borrás, B.R. Scharifker, J. Solid State Electrochem (2009) 13:565–571

[14]  Three-dimensional nucleation with diffusion-controlled growth: numerical simulation of hierarchical diffusion zones overlap”, D. Mazaira, C. Borrás, B.R. Scharifker and J. Mostany. J. Electroanal. Chem, 631 (2009) 22-28

[15] Simulacion Browniana de fenómenos de electrodeposición controlados por difusión", Francisco José Malaret Russian, Licenciatura en Química, Diciembre de 2008

[16] "El transitorio potenciostático de nucleación electroquímica con crecimiento controlado por difusión de casquetes esféricos", Daniel Branco, Licenciatura en Química, Noviembre 2008.

[17] “El transitorio potenciostático para Nucleación con Crecimiento Controlado por Difusión: Modelo Jerárquico de Solapamiento”, David Mazaira Martínez, Tesis de Grado, Licenciatura en Química, Noviembre de 2006

[18] "Simulacion Browniana de fenómenos de electrodeposición controlados por difusión", Francisco José Malaret Russian, Licenciatura en Química, Diciembre de 2008

[19] “Consistency of the classical theory of nucleation with nanometric phenomena: a comparison from overpotential and temperature studies”, K. Saavedra, B.R. Scharifker, J. Mostany, in Electrochemical Surface Science: Recent Advances in the Study of The Electrode-Electrolyte Interface, M. Soriaga, J. Baricuatro, N. Batina (Eds.), ECS transactions, 3(34), 53-63 (2007)

[20]  “Electrochemical nucleation and the classical theory: overpotential and temperature dependence of the nucleation rate”, J. Mostany, B.R. Scharifker, K. Saavedra, C. Borrás, Elektrokhimiya, 44, 704-711 (2008); Russ. J. Electrochem., 44, 652-658 (2008)

[21] “Estudios de Nucleación Tridimensional Controlada por Difusión: Efectos de la Temperatura”, Karolly Saavedra, Maestría en Química, Julio 2007

[22] “Current transient study of the kinetics of nucleation and diffusion-controlled growth of bimetallic phases”, O. Díaz Morales, J. Mostany, C. Borrás, B.R. Scharifker, J. Solid State Electrochem. 17, 345-351 (2013).

[23] “A study of the lead dioxide electrocrystallization mechanism on glassy carbon electrodes. Part I: experimental conditions for kinetic control”. V. Saez, E. Marchante, M. I. Díez, M.D. Esclapez, P. Bonete, T. Lana-Villareal, J. González García, J. Mostany. Mater Chem and Phys 125 (2011) 46-54

[24] "Electrochemical nucleation and growth", Scharifker, B.; Mostany, J., Encyclopedia of Electrochemistry, Vol 2. pp. 512 - 540. Editores: A.J. Bard, M. Stratmann, E.J. Calvo. Wiley. Nueva York, Estados Unidos de América. 2003. ISBN: 3-527-30394-4

[25] "Electrocristalización de metales con actividad electrocatalítica", Scharifker, B.; Mostany, J. "Electroquímica y Electrocatálisis, Vol. Ia, Materiales: aspectos fundamentales y aplicaciones". Editores: N. Alonso-Vante. e-libro.net. Buenos Aires, Argentina. 2003. ISBN: 1-4135-0102-8

[26] ”The development of theoretical models for multiple nucleation with diffusion-controlled three-dimensional growth”, D. Mazaira, C. Borrás, J. Mostany, B.R. Scharifker, in Theoretical and experimental advances in electrodeposition, L.H. Mendoza-Huizar (Ed.), Research Signpost, Trivandrum, ISBN 978-81-308-0224-4, 1-25 (2007)

[27] Nucleation and growth of new phases on electrode surfaces, B.R. Scharifker, J. Mostany, in Developments in Electrochemistry: Science inspired by Martin Fleischmann, D. Pletcher, Z-Q. Tian, D. Williams (Eds.), Wiley, New York, ISBN: 978-1-118-69443-5, 65-76 (2014).

[28] “Study on the influence of forced convection on the copper electrodeposition process”, M.G. Montes de Oca, J. Mostany, M. T. Ramírez-Silva, M. Romero-Romo, B.R. Scharifker, M. Palomar-Pardavé, in Electrochemistry and Materials Engineering, M.E. Palomar-Pardavé (Ed.), Research Signpost, Trivandrum, ISBN: 978-81-308-0205-3, 93-122 (2007)

[29] On the model describing potentiostatic current transients recorded during the mass transport-controlled nucleation of hemispheres in the presence of forced convection, M.G. Montes de Oca, M. Palomar-Pardavé, J. Mostany, M. Romero-Romo, J. Aldana-González, B.R. Scharifker, Procedia Chem. 12, 27-33 (2014).

[30] “Diffusion in solids: Hydrogen transport in massive and microdispersed palladium”, I.J. Suárez, B.R. Scharifker, J. Mostany, in Electrochemistry and Materials Engineering, M.E. Palomar-Pardavé (Ed.), Research Signpost, Trivandrum, ISBN: 978-81-308-0205-3, 173-193 (2007)