Convertir le CO₂, principal gaz à effet de serre, en produits carbonés utiles ou en carburants de synthèse est un enjeu majeur pour une économie plus durable. Une stratégie explorée par les chimistes consiste à s'inspirer du vivant et, plus particulièrement, des métalloenzymes naturelles comme le monoxyde de carbone déshydrogénase (CODH). Cette enzyme catalyse la conversion réversible du CO₂ en CO grâce à un contrôle très fin de l'environnement de son site actif (zone où se fixe le substrat afin de déclencher la réaction chimique).

Une équipe de Institut de Biologie Intégrative de la Cellule (I2BC) avec l'Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay (ICMMO) et l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes (ISCR), travaille depuis plusieurs années sur des molécules particulières : des porphyrines de fer portant des groupes urées. Ces groupes créent autour du fer un réseau de liaisons hydrogène qui aide à capter et stabiliser le CO₂. Cette étude, réalisée dans le cadre du projet SYNFLUX-LUMICALS du PEPR LUMA piloté par le CEA et le CNRS, se concentre sur la « seconde sphère de coordination », c'est-à-dire l'environnement immédiat du site catalytique au sein duquel se déroule la réaction chimique.

Les chercheurs ont comparé deux variantes de la même molécule, qui ne diffèrent que par la disposition spatiale des bras urées : une configuration face-à-face (αbαb-UrFe) et une configuration adjacente (α₂b₂-UrFe).

Ils ont montré que la configuration adjacente est la plus efficace pour réduire le CO₂ en CO. En milieu protique (solvant capable de céder des protons, comme l'eau) elle atteint une vitesse de réaction (turnover frequency, TOF) parmi les plus élevées rapportées pour un système moléculaire. Cette étude propose une nouvelle approche de l'ingénierie des catalyseurs : une catalyse optimale ne repose pas nécessairement sur une stabilisation maximale des intermédiaires réactionnels mais aussi sur l'accessibilité du site actif, régulée par des réseaux non covalents adaptatifs et directionnels. L'amélioration de ce catalyseur ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de systèmes moléculaires dédiés à la neutralité carbone.​