Electrodepósito de aleaciones hierro-níquel y níquel-cobalto obtenidas en un disolvente eutéctico profundo bajo la influencia de campo magnético

Abstract

En el presente estudio de investigación, se llevó a cabo la deposición electroquímica de elementos metálicos como hierro (Fe), níquel (Ni), cobalto (Co), y las aleaciones hierro-níquel (Fe-Ni), y níquel-cobalto, (Ni-Co) sobre un sustrato de carbono vítreo. Para lograr esto, se empleó una solución electrolítica basada en una mezcla eutéctica (DES) compuesta por cloruro de colina (ChCl) y urea (U), en una proporción molar de 1:2. La electrodeposición de los metales y las aleaciones se llevó a cabo bajo la influencia de un campo magnético externo constante de 1.48x10-4 T, generado por una bobina eléctrica conectada a una fuente de alimentación de 3.15 A y una temperatura de 70 °C. La reducción electroquímica de metales y aleaciones se realizó a una concentración de 50 mM para cada una de las especies electroactivas; en el caso de los medios electrolíticos que contenían ambos metales, se utilizó la misma concentración de 50 mM para cada uno de los metales involucrados. Se utilizaron técnicas electroquímicas, específicamente vcíclica y cronoamperometría, en cada sistema estudiado. La voltamperometría cíclica se empleó para determinar el rango de potencial en el cual ocurre la reducción de los iones de Fe(II), Ni(II) o Co(II), así como de otros componentes si estaban presentes, hasta alcanzar un potencial lo suficientemente negativo para lograr la deposición de los cationes metálicos sobre el sustrato de carbono vítreo. Los potenciales utilizados en los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente se seleccionaron con base en la información obtenida de las voltamperometrías cíclicas, identificando los puntos donde se observó la reducción de los iones metálicos (Ni (II), Co (II) y Fe (II)). Se analizaron los transitorios potenciostáticos de densidad de corriente obtenidos con base en el intervalo de potencial donde se produce la electroreducción del Ni, Co y Fe, así como , y las aleaciones Fe-Ni, y Ni-Co, esto con la finalidad de conocer los mecanismos de nucleación y crecimiento en el electrodo de carbono vítreo empleado. También, se analizó la influencia del campo magnético constante en la nucleación y crecimiento de los metales, y las aleaciones de estudio antes mencionadas. El análisis muestra que esta perturbación externa aumenta la tasa de deposición de los metales lo que podría conducir a la formación de depósitos de grano más fino; así mismo se presenta una mejora significativa en el transporte masivo de las especies electroactivas hacia la superficie del electrodo.

In the present research study, the electrochemical deposition of metallic elements such as iron (Fe), nickel (Ni), cobalt (Co), and iron-nickel (Fe-Ni) and nickel-cobalt (Ni-Co) alloys on a glassy carbon substrate was carried out. To achieve this, an electrolyte solution based on a eutectic mixture (DES) composed of choline chloride (ChCl) and urea (U) in a molar ratio of 1:2 was used. The electrodeposition of metals and alloys was carried out under the influence of a constant external magnetic field of 1.48x10-4 T, generated by an electric coil connected to a 3.15 A power supply and a temperature of 70 °C. The electrochemical reduction of metals and alloys was performed at a concentration of 50 mM for each of the electroactive species; in the case of electrolytic media containing both metals, the same concentration of 50 mM was used for each of the metals involved. Electrochemical techniques, specifically cyclic voltammetry and chronoamperometry, were used in each system studied. Cyclic voltammetry was used to determine the potential range in which the reduction of Fe(II), Ni(II) or Co(II) ions, as well as other components if present, occurs until a sufficiently negative potential was reached to achieve the deposition of the metal cations on the glassy carbon substrate. The potentials used in the potentiostatic current density transients were selected based on the information obtained from the cyclic voltammetries, identifying the points where the reduction of the metal ions (Ni(II), Co(II) and Fe(II)) was observed. The potentiostatic transients of current density obtained were analyzed based on the potential interval where the electroreduction of Ni, Co, and Fe, as well as , and the Fe-Ni, and Ni-Co alloys occurs, this with the purpose of knowing the nucleation and growth mechanisms in the glassy carbon electrode used. Also, the influence of the constant magnetic field on the nucleation and growth of the metals, and the aforementioned study alloys was analyzed. The analysis shows that this external perturbation increases the deposition rate of the metals, which could lead to the formation of finer grain deposits; likewise, there is a significant improvement in the mass transport of the electroactive species to the electrode surface.