MODELO ANALÍTICO PARA ESTUDIOS CINÉTICOS SOBRE ARREGLOS DE ELECTRODOS CON DIFERENTES ACTIVIDADES ELECTROCATALÍTICAS

Resumen

Introducción. Una estrategia muy empleada para estudiar potenciales efectos de sinergia entre dos materiales frente a una dada reacción se apoya en el empleo de arreglos de electrodos. La interpretación de las respuestas experimentales medidas sobre este tipo de electrodos requiere de modelos adecuados, que por lo general resultan de la resolución por métodos numéricos de las ecuaciones cinéticas y de transporte de masa. No obstante, muchas veces es deseable disponer de ecuaciones analíticas que permitan llevar a cabo la correlación de datos experimentales con un dado modelo mecanístico, y así obtener los parámetros cinéticos involucrados en el mismo. En este contexto, en este trabajo se propone una ecuación semiempírica basada en el modelo de película difusional de Nernst para interpretar curvas de polarización estacionarias medidas sobre arreglos de microdiscos de M1 rodeados de M2, sobre los que ocurre una dada reacción (Ox + e^- --> Red) con diferente velocidad en cada material.

Resultados. Básicamente la ecuación propuesta surge de expresar la dependencia de la densidad de corriente (j) con el sobrepotencial (h) en términos de las densidades de corriente límite que se establecen sobre cada material (j_L,Mi) mediante el modelo de película difusional de Nernst. Pero dado que la difusión desde/hacia un material afecta la difusión desde/hacia el otro, esta ecuación debió ser corregida con un factor empírico (phi) dependiente del radio de los microdiscos (a) y de la fracción de área ocupada por estos (f_a), cuya dependencia analítica fue obtenida por simulaciones numéricas. Al hacer esta corrección, fue posible reproducir con el modelo analítico curvas de polarización simuladas para un gran rango de condiciones cinéticas y geométricas (Fig. 1b).

Figura 1. Dependencias j(h) simuladas (líneas) y calculadas con el modelo (símbolos) sin incluir (a) e incluyendo (b) el factor de corrección phi, para arreglos de discos M1(a = 10 µm) sobre M2, con M1 más activo que M2.

Conclusiones. El modelo analítico desarrollado reproduce adecuadamente respuestas simuladas por métodos numéricos, y puede ser empleado para obtener valores exactos de parámetros cinéticos a partir del ajuste de datos experimentales medidos en arreglos.