Conversión de dióxido de carbono (CO2) a productos químicos de valor agregado mediante reducción electroquímica

Abstract

El dióxido de carbono (CO2) es el último de los subproductos en todos los procesos que implican la oxidación completa o la combustión de cualquier materia orgánica carbonácea, es por ello, que, ante la elevada cantidad de fuentes energéticas de origen fósil, actualmente se considera al CO2 como ambientalmente dañino. Ante este panorama, se torna fundamental re-valorizar al dióxido de carbono, pues representa una fuente potencial como materia prima o fuente de carbono para la obtención de productos químicos de valor agregado. En este contexto, la reducción electroquímica del CO2 representa una alternativa atractiva ya que tiene numerosas ventajas sobre las tecnologías actuales de conversión molecular de este compuesto químico. La eficiencia de la reducción electroquímica del CO2 depende en gran medida la actividad y la selectividad del electrocatalizador catódico, por lo que los electrocatalizadores adecuados son necesarios para promover las reacciones químicas de la electrosíntesis. Por tanto, un punto clave para la reducción electroquímica del CO2, consiste en la selección del electrocatalizador. En este trabajo se preparó un catalizador bimetálico de plata-cobre (Ag-Cu) y se estableció su eficiencia faradaica en la conversión de CO2 a productos de valor agregado como metanol, ácido acético y ácido fórmico en función de la cantidad de cobre depositada. La modificación fue realizada sobre una lámina de Ag (1 mm de grosor, 2 cm2 de área superficial y 99.9 % de pureza), el electrolito de depósito fue preparado a partir de una solución 1.0 M de sulfato de cobre pentahidratado (CuSO4·5H2O 99.8 %). La modificación superficial del electrodo bimetálico fue realizada mediante electrólisis a potencial controlado (-520 mV vs el electrodo de Ag/AgCl) a tres tiempos diferentes programados: 5, 10 y 15 min. Los electrodos bimetálicos obtenidos fueron caracterizados mediante Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y Microscopía de Fuerza Atómica (AFM). Estos electrodos fueron empleados como catalizadores para la reducción electroquímica del CO2 en medio acuoso; los productos químicos de reacción fueron determinados mediante HPLC-IR, las eficiencias faradaicas máximas determinadas para los productos de reacción fueron: 16 % para el metanol, 59 % para el ácido fórmico y 45 % para el ácido acético. El contenido de cobre se relaciona directamente con la eficiencia faradaica hacia metanol e inversamente con la eficiencia faradaica hacia ácido fórmico y ácido acético.