Acoplamento elétrico de osciladores eletrocatalíticos individuais

Abstract

Instabilidades dinâmicas podem ocorrer em sistemas eletroquímicos que se encontram afastados do estado de equilíbrio termodinâmico. Dependendo das condições experimentais, oscilações de corrente ou de potencial podem ser observadas durante a eletro-oxidação catalítica de moléculas orgânicas pequenas, tais como metanol, ácido fórmico e glicose, sobre platina. Quando dois ou mais sistemas são acoplados, torna-se possível modificar a dinâmica oscilatória individual de cada sistema, de modo que a resultante dependerá da natureza do acoplamento e também de sua intensidade. Adicionalmente, o acoplamento possibilita o estudo de um fenômeno de grande importância para vários processos físicos e químicos: a sincronização. Neste trabalho, estudou-se o acoplamento unidirecional de osciladores eletrocatalíticos. Em particular, investigou-se como a identidade do oscilador Master afeta a dinâmica oscilatória do Slave em termos da frequência, amplitude e morfologia das oscilações. Foram considerados dois conjuntos de osciladores: Master(metanol)-Slave(metanol) e Master(ácido fórmico)-Slave(metanol). Foi observado que tanto a identidade do oscilador Master quanto a magnitude e o sinal da constante de acoplamento (k) têm impacto direto sobre o potencial aplicado ao Slave e, consequentemente, afetam a evolução temporal deste oscilador. Para o acoplamento Master(metanol)-Slave(metanol), diferentes estados de sincronização foram identificados ao variar a constante k: os osciladores exibiram as sincronizações de atraso e completa quando se utilizou k iguais a-150 e-850 V/A, respectivamente. Já para o acoplamento Master(ácido fórmico)-Slave(metanol), identificou-se a sincronização de fase quando k = 150 V/A: os osciladores apresentaram phase-locking com razão de 2:3 (Slave:Master). O mesmo tipo de sincronização foi identificado quando k = 300 V/A, mas neste caso, Master e Slave exibiram phase-locking com razão de 1:2. Além disso, as sincronizações de atraso e completa foram observadas quando se utilizou k igual a-500 e-850 V/A, respectivamente. De maneira geral, a morfologia e os valores de frequência, amplitude e potencial médio das oscilações do Slave puderam ser modificadas por meio do acoplamento unidirecional. Mesmo acoplando osciladores Master e Slave quimicamente distintos, diferentes comportamentos foram induzidos no Slave, havendo condições em que sua dinâmica se assemelhou à do Master.