El doble rol de los aniones en la conversión de CO₂ en ácido
Tradicionalmente, no se ha explorado demasiado qué papel juegan los aniones (partículas con carga negativa) a la hora de convertir el dióxido de carbono (CO₂) en productos químicos útiles en un entorno ácido.
En una publicación de JACS, investigadores del ICFO y el ICIQ han demostrado ahora que los aniones influyen activamente en la electroreducción de CO₂. En concreto, estos dificultan la producción de los compuestos deseados a bajas corrientes eléctricas, pero estabilizan progresivamente los productos intermedios clave para su formación a medida que la corriente aumenta.
El dióxido de carbono (CO₂) es ampliamente conocido como uno de los gases de efecto invernadero más comunes. Se han propuesto diversas acciones para reducirlo e incluso convertirlo en productos químicos útiles, con el objetivo de mitigar el efecto invernadero y, al mismo tiempo, aprovechar el excedente de CO₂ para generar compuestos de relevancia industrial.
La reducción electroquímica de CO₂ (CO₂R) en medios ácidos ha surgido recientemente como una estrategia prometedora. Esta compleja reacción depende de muchos factores ambientales e implica varios compuestos intermedios, tanto con carga positiva como negativa. Los cationes, como el potasio y el cesio, han sido ampliamente estudiados, y la mayoría de los expertos ya coinciden en que desempeñan un papel crucial para el correcto desarrollo de la reacción. Los aniones, aunque también están presentes en forma de sulfatos e hidroxilos, no han recibido tanta atención y su función todavía no se comprende del todo.
Sin embargo, evidencias recientes sugieren que los aniones están lejos de ser especies pasivas y pueden modular activamente el rendimiento de la CO₂R. Investigadores del ICFO, Adrián Pinilla-Sánchez, la Dra. Bárbara Polesso, Prathama Haldar, Ranit Ram, el Dr. Anku Guha, dirigidos por el Profesor F. Pelayo García de Arquer, han ampliado este conocimiento, revelando cómo estas partículas con carga negativa influyen en la conversión de CO₂ en medios ácidos y bajo condiciones industrialmente relevantes. El estudio, publicado en el Journal of the American Chemical Society y realizado en estrecha colaboración con el Instituto de Investigación Química de Cataluña (ICIQ), combina espectroscopía Raman mejorada en superficie in situ con simulaciones computacionales (Teoría del Funcional de la Densidad Gran Canónica).
Esta estrategia, que une métodos experimentales y teóricos, ha demostrado inequívocamente que el papel de los aniones depende tanto del pH (demostrando que cuanto más ácidas son las condiciones, más intensos son los efectos observados) como de la cantidad de corriente eléctrica que fluye a través de la celda electroquímica.
A bajas corrientes, los sulfatos y los hidroxilos se adhieren fuertemente a la superficie del electrodo, bloqueando los sitios activos donde el CO₂ normalmente se uniría e iniciaría su proceso de conversión. Pero a corrientes más altas, la mayor carga negativa en la superficie del electrodo repele a los aniones, especialmente a los sulfatos. Esto debilita la fuerza de unión de los sulfatos, haciendo que eventualmente se alejen de los sitios activos. En su lugar, los intermedios de etapa temprana y el monóxido de carbono (*CO), un intermedio clave para la formación de productos con múltiples carbonos, se adsorben, permitiendo que comience la reducción de CO₂. Al mismo tiempo, muchos hidroxilos, generados in situ por las reacciones en curso y menos afectados por la repulsión electrostática debido a su menor carga negativa, permanecen cerca del electrodo. Su presencia estabiliza el *CO, facilitando así las reacciones químicas que finalmente producen los compuestos deseados.
En conjunto, esta investigación arroja luz sobre cómo los aniones, hasta ahora poco explorados, afectan la CO₂R, revelando que son actores estratégicos más que pasivos. Según el equipo, estos conocimientos podrían guiar el diseño de los sistemas de CO₂R en ácido que aún están por desarrollar.
Referencia:
Adrián Pinilla-Sánchez, Suraj Panja, Bárbara Polesso, Prathama Haldar, Ranit Ram, Ranga Rohit Seemakurthi, Anku Guha, Núria López, and F. Pelayo García de Arquer, Interfacial Adsorbate Competition Regulates Intermediate Stabilization and Onset Potential in Acidic CO2 Electroreduction, Journal of the American Chemical Society 2026 148 (9), 10026-10036
DOI: 10.1021/jacs.5c22970
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