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Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 8560 (2022) Cite este artigo

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A eletro-oxidação de álcoois em aldeídos correspondentes atraiu enorme atenção. No entanto, inúmeros desafios permanecem na exploração de sistemas catalíticos com alta eficiência de conversão e seletividade. Considerando a atenção mundial em relação às estruturas metal-orgânicas (MOFs) como excelentes materiais porosos cristalinos, muitos químicos foram encorajados a usá-los em transformações orgânicas. Neste estudo, uma nova estrutura orgânica de cobalto em forma de coral foi cultivada na superfície de um eletrodo de grafite funcionalizado (Co-MOF/C) para fabricar um eletrodo modificado eficiente nos álcoois de eletro-oxidação. O eletrodo Co-MOF/C modificado mostrou alta estabilidade, grande área superficial, poros ricos e boa condutividade como um eletrodo de trabalho estável em água desejável para oxidação seletiva de álcoois em aldeídos em bons a excelentes rendimentos sob um processo controlado por difusão.

As estruturas metal-orgânicas (MOFs) são uma classe única de complexos metálicos poliméricos bem ordenados com vazios potenciais que consistem na coordenação entre aglomerados/cátions metálicos e ligantes orgânicos multidentados, dispostos em uma vasta gama de geometrias proporcionando porosidade substancialmente alta e áreas de superfície interna1 . Até o momento, uma ampla gama de MOFs foi sintetizada usando diferentes técnicas, como hidrotérmica2, solvotérmica3, sonoquímica4, assistida por micro-ondas5, epitaxia em fase líquida6, mecanoquímica7 e, recentemente, abordagens eletroquímicas8. A síntese solvotérmica convencional de MOFs é realizada à pressão atmosférica e a temperaturas mais baixas em comparação com o método hidrotérmico, permitindo a síntese controlada por difusão. As características ajustáveis ​​dos MOFs, como porosidade, topologia e funcionalidade9, levaram à sua diversidade estrutural e química e, consequentemente, desenvolveram significativamente sua aplicação em uma variedade de campos, incluindo entrega de drogas10, purificação e separação11, armazenamento de gás12, colheita de luz13 , armazenamento de energia14, materiais magnéticos15, detecção química16 e catálise17. Mais recentemente, os MOFs têm sido usados ​​para modificação de eletrodos de trabalho a serem empregados na análise voltamétrica de espécies orgânicas e inorgânicas. A maior capacidade de sorção dos eletrodos modificados por MOF pode levar ao acúmulo aprimorado das espécies de analito alvo, oferecendo várias vantagens, como alta seletividade, limites de detecção excepcionalmente baixos e determinação simultânea de vários analitos18. No entanto, independentemente de muitas tentativas feitas para usar MOFs como um modificador de eletrodo, ainda há informações limitadas sobre a seletividade, condutividade e estabilidade de MOFs no meio de trabalho19 e, portanto, a pesquisa de eletrodos modificados por MOF eficientes é ainda uma tarefa desafiadora.

A funcionalização química da superfície do eletrodo é essencial para produzir ligações fortes, adequando as propriedades da interface (espaçamento, orientação, densidade de superfície e estabilidade adequados) e promovendo uma ancoragem adequada de moléculas-alvo com natureza e estruturas diversas, como biomacromoléculas, polímeros, e nanopartículas na superfície20. Assim, um controle razoável neste nível inicial desempenha um papel fundamental no desempenho dos eletrodos modificados finais. Entre várias abordagens de funcionalização de superfície, a redução de sais de arildiazônio tem sido considerada uma metodologia direta, rápida e versátil que permite uma forte ligação covalente de várias funções eletroativas químicas em um substrato condutor, alterando os substituintes do anel arílico21. Além disso, os eletrodos funcionalizados resultantes mostraram resistência ao calor, ultrasonicação e degradação química22. Muitas estratégias diferentes têm sido empregadas para enxertar derivados arílicos23, incluindo eletroquímica, fotoquímica, micro-ondas, ultrassom e redução por agentes químicos, enquanto o método eletroquímico tornou-se a escolha preferida, pois o processo de deposição pode ser facilmente controlado e adaptado ao substrato24. Em geral, a eletro-redução de sais de arildiazônio envolve a formação combinada de radicais à base de arila na vizinhança do eletrodo e a eliminação de dinitrogênio após a redução. Posteriormente, os radicais aril altamente reativos podem fazer uma ligação covalente à superfície do eletrodo ou a porções já enxertadas. Como consequência, a eletroenxertia de porções aril pode ser direcionada para a síntese de monocamadas bem ordenadas ou multicamadas desordenadas ajustando as condições experimentais25.