El agua no es un simple líquido: en su disposición adecuada, favorece la conversión del CO2 en productos químicos útiles
El agua es un ingrediente clave en tecnologías para fabricar combustibles sostenibles, como la electrólisis de CO2, pero hasta ahora se consideraba un mero elemento pasivo. Investigadores del ICFO y del ICIQ han demostrado en un estudio publicado en Nature Catalysis que el agua interfacial desempeña un papel activo en la reducción del CO2, ya que regula el acceso de este gas a la interfaz reactiva y, con ello, la posterior producción de compuestos multicarbonados.
En medio de los numerosos esfuerzos para mitigar el calentamiento global, la comunidad científica está explorando distintas vías sostenibles para reducir los gases de efecto invernadero. Una de ellas es la electrorreducción de CO2 (CO2R), un proceso que utiliza electricidad para transformar el CO2 en compuestos multicarbonados de uso generalizado que hoy se obtienen a partir de combustibles fósiles, como el etileno y el etanol.
En la CO2R, las moléculas de CO2 se adsorben en un catalizador catódico, donde se rompen y se recombinan para formar moléculas de mayor energía gracias a los electrones y protones que aporta el agua. En este proceso, tradicionalmente se ha visto el agua como un elemento pasivo, pero la situación cambia cuando aumenta la velocidad de reacción. Los investigadores del ICFO, el Dr. Anku Guha, la Dra. Bárbara Polesso, Prathama Haldar, Ranit Ram, Adrián Pinilla-Sánchez, el Dr. Indrajit Mondal, y David Kernan, dirigidos por el Prof. del ICFO F. Pelayo García de Arquer, junto con investigadores del ICIQ, han ido un paso más allá al estudiar el papel del agua interfacial en la CO2R. Gracias a la aplicación, por primera vez, de la espectroscopía Raman operando en un reactor de alto rendimiento y de relevancia industrial, el equipo ha podido observar que el agua no es un elemento pasivo, sino que regula el acceso del CO2 a la interfaz del catalizador, así como las etapas posteriores de la reacción.
El agua puede clasificarse según cómo se estructura mediante enlaces de hidrógeno. Sobre una superficie polarizada, las moléculas de agua pueden formar redes ordenadas o desordenadas, y también pueden estar alineadas o no con el campo eléctrico de la interfaz. Según el estudio, publicado en Nature Catalysis, una determinada disposición del agua (desordenada y alineada con el campo eléctrico) favorece la conversión del CO2 en productos químicos de valor. En cambio, otras configuraciones en las que el agua está cada vez más ordenada inhiben la reacción deseada. “Nos sorprendió descubrir que el propio agua podía actuar como un guarda del CO2”, explica el Dr. Anku Guha, primer autor del artículo. “Pero vimos que su estructura en la interfaz puede determinar si el CO2 llega o no al catalizador y si se produce la reacción deseada”.
Estos resultados han sido posibles gracias a la espectroscopía Raman realizada durante el funcionamiento del sistema a densidades de corriente de interés industrial, algo que los investigadores han logrado por primera vez. Los estudios anteriores se basaban en la espectroscopía Raman in situ, que analiza el catalizador en su entorno de reacción, pero normalmente en condiciones simplificadas y alejadas de las aplicaciones reales. Por este motivo, la participación activa del agua interfacial en la CO2R quedaba fuera del alcance de este enfoque convencional, una limitación que la nueva técnica al fin ha superado.
El siguiente paso, según los autores, es ajustar el entorno del cátodo modificando parámetros como el recubrimiento del catalizador o la temperatura externa, de modo que se favorezca y se mantenga en la interfaz el tipo adecuado de red de agua. El Prof. Pelayo García de Arquer, investigador principal del estudio, señala que “comprender mejor el agua y controlarla de forma activa podría suponer un punto de inflexión en el desarrollo de las futuras tecnologías de conversión de CO2”.
Referencia:
Guha, A., Seemakurthi, R.R., Polesso, B. et al. Operando resolution of CO2 electrolysis interfaces at application-relevant current density reveals water gating. Nat Catal (2026). https://doi.org/10.1038/s41929-026-01620-w
Agradecimientos:
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