Cálculo por DFT del potencial redox del cristal violeta para la aplicación en procesos fotocatalíticos (2017)
En los laboratorios de práctica microbiológica y/o industrial, se originan grandes volúmenes de residuos líquidos coloreados. Estos son el productos de tinciones celulares para clasificar bacterias por el método del Gram, coloración de papel, tintura de textiles, desarrollo de huellas dactilares (en medicina forense) entre otras. Es así como existen una amplia gama de colorantes de distintas familias químicas como antraquinonas, azo y, especialmente, trifenilmetanos como, por ejemplo, el cristal violeta (CV) (Lou & Chang, 2007). Estos colorantes, son capaces de generar serios trastornos en seres vivos. Frente a esto, los procesos fotocatalíticos han demostrado gran efectividad en el tratamiento de una amplia variedad de residuos acuosos coloreados (Sabnis, 2010). Es por ello que el dióxido de titanio es uno de los compuestos semiconductores (SC) más usados para la degradación óxido–reductiva de contaminantes trifenilmetanos –como el CV–. En la teoría de los procesos redox en los que se basa la fotocatálisis, uno de los parámetros fundamentales del sistema es el potencial redox del contaminante, el cual puede ser calculado teóricamente por medio del uso de diferentes métodos computacionales. Este parámetro puede emplearse para ayudar a explicar los procesos físicos–químicos involucrados en la degradación del CV por medio de la fotocatálisis del TiO2. En este trabajo se reporta el cálculo del potencial redox del CV y sus niveles de energía medidos con respecto al electrodo de referencia estándar (SHE), para estudiar la transferencia de electrones entre el substrato CV y el catalizador TiO2. Para realizar el cálculo del potencial redox, se redujo la molécula CV+ (catiónica) a CV0 (neutra) y CV– (reducida) empleando los programas Gaussian09 y el visualizador GaussView05. Posteriormente, se aplicó el ciclo termodinámico de Gibbs usando el método directo (Fernández, 2012). Específicamente en nuestro caso dividimos el proceso en dos partes: 1) transferencia de dos electrones en un solo paso (del CV+ al CV–) y, 2) transferencia de un electrón por paso (del CV+ a CV0 y del CV0 a CV–). Se evaluaron dos niveles de teoría: Hartre–Fock y DFT (con híbrido B3LYP), siendo este último método uno de los más ampliamente utilizados por su precisión y bajo costo computacional. Ambas aproximaciones se realizaron con la función de base 6–311+G(d). Adicionalmente, la solvatación se realizó de manera implícita con el Modelo de Densidad de Solvatación (SMD) y el Modelo Continuo del Conductor Polarizable (CPCM) que son los solventes más utilizados (Arumugam & Becker, 2014; Meing, Hu, & Zhang, 2013); con agua y acetonitrilo como solventes.