Estudo espectroeletroquímico dos eletrodos de cobre e prata no líquido iônico tetrafluoroborato de 1-n-Butil-3-Metilimidazólio

Abstract

Os Líquidos iônicos (LIs) tem sido cada vez mais usados como solventes em diversas áreas da Química, devido às propriedades diferenciadas que apresentam em relação aos solventes convencionais. Por exemplo, LIs derivados do cátion 1-n-butil-3- metilimidazólio (BMI+) são solventes excelentes para estabilização de nanopartículas metálicas usadas em catálise heterogênea, apresentam alta condutividade elétrica, ampla janela eletroquímica, entre outras propriedades interessantes. O conhecimento da estrutura da interface LIs/superfície metálica é muito importante, tanto para sistemas catalíticos heterogêneos, como em aplicações eletroquímicas. Assim, neste trabalho, empregou-se o espalhamento Raman intensificado por superfícies, conhecido como efeito SERS (surfance-enhanced Raman scattering) para investigar a estrutura da interface entre o LI tetrafluoroborato de 1-n-butil-3-metilimidazólio (BMI.BF4) e superfícies de cobre e prata. Foram obtidos voltamogramas cíclicos de eletrodos de ouro, cobre e prata, além dos espectros SER in situ em BMI.BF4. Os voltamogramas mostram que o LI apresenta janelas eletroquímicas de 3,6 V para o eletrodo de ouro e 2,6 V os eletrodos de Cu e Ag. O espectro SER do eletrodo de cobre, antes da ativação e ao ar, mostra a existência de um filme de Cu2O. Os espectros SER in situ do eletrodo de cobre em BMI.BF4 mostram que o filme de Cu2O é reduzido em torno de -1,2 V (vs eletrodo de Pt de quase referência, PQRE). Após a redução do filme de Cu2O, o BMI+ adsorve sobre a superfície do eletrodo de cobre via interação π com o anel imidazólio. Para potencias próximos a -2,6 V o BMI+ é reduzido, levando à formação de uma espécie com ligações C=C localizadas. Nos estudos SERS do eletrodo de Ag observou-se que para potenciais menos negativos que -1,0 V, o BMI+ praticamente não interage com a superfície devido ao excesso de ânions BF4 -. Para potenciais mais negativos que -1,0 V, o BMI+ passa a interagir com a superfície via anel imidazólio, assumindo uma configuração de adsorção quase que paralela à superfície. Para potenciais próximos a 2,6 V o BMI+ é reduzido. Com a adição de água ao sistema a janela eletroquímica é reduzida e o sinal Raman do BMI.BF4 não é intensificado. _________________________________________________________________________________________ ABSTRACT

Ionic liquids (ILs) have been intensive and extensively used as solvents in different areas of chemistry due to their particular characteristics as compared to the conventional solvents. For instance, ILs based on the 1-n-butyl-3-methylimidazolium cation (BMI+) are excellent solvents for the stabilization of metal nanoparticals in heterogeneous catalysis, present high electric conductivities, large electrochemical windows, among other interesting properties. The knowledge of the structure of the interface between ILs and metal surfaces is very important in heterogeneous catalytic systems as well as in electrochemical applications. Therefore, in this work the surface-enhanced Raman scattering (SERS) of copper and silver electrodes in 1-n-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (BMI.BF4) were investigated with the aim to obtain information regarding the structure of the interfaces of these metals in BMI.BF4. Cycle voltamograms of gold, copper, and Ag electrodes were recorded and have shown electrochemical windows of 3.6 V for gold and 2.6 V for Cu and Ag. The SER spectrum of a copper electrode prior to the electrochemical activation and in air has shown that a Cu2O film was already present on the copper surface. The in situ SER spectra of copper in BMI.BF4 have shown that the Cu2O film is reduced near -1,2 V. For potentials more negative than -1.2 V the BMI+ interacts with the copper surface via π interaction with the imidazolium ring. For potentials near -2.6 V BMI+ is reduced leading to the formation of localized C=C bonds. The SER spectra of the Ag electrode have shown that for potentials less negative than -1.0 V the BMI+ cations do not interact with the metal surface due the excess of BF4 - at the interface. As the potential is made more negative than -1.0 V the BF4 - are released from the interface making room for the BMI+ cations to interact with the Ag surface. Near -2.0 V the BMI+ adsorbs on the Ag surface in nearly flat configuration and for potentials near -2.6 V it is reduced. The electrochemical window shortened after the addition of water and SERS from BMI+ was no longer observed.