Les
métalloenzymes redox* offrent une voie prometteuse pour une chimie plus durable grâce à leur forte sélectivité et leur efficacité en conditions douces (proches de la température et pression ambiantes). Leur déploiement reste toutefois limité par leur stabilité, notamment vis-à-vis de l'oxygène. Parmi elles, la CO-déshydrogénase (CODH) se distingue néanmoins comme le catalyseur le plus performant à ce jour pour l'activation du CO₂. Dans ce contexte, des chercheur·es du
CEA-Irig/LCBM développent des approches innovantes pour repousser les limites de la CODH pour l'électroréduction du CO2 en CO, une molécule de base pour la chimie.
Les résultats démontrent que les
solvants eutectiques profonds (DES) améliorent fortement la résistance à l'oxygène (O2) des CODH tout en permettant la réduction électrocatalytique du CO₂ en CO. En effet, en milieu aqueux, les enzymes perdent rapidement leur activité sous O₂ (demi-vie* de 30 min), tandis qu'en glycéline hydratée, celle-ci atteint 432 min, avec une activité encore détectable après 24 h. Les électrodes restent également actives en présence de 14 % d'O₂, avec seulement 11 % de perte d'activité. La conversion bioélectrochimique du CO₂ en CO peut ainsi être réalisée en présence d'air simplement en contrôlant l'environnement du solvant et le potentiel de l'électrode.
© CEA-Irig/LCBM
Figure : La CODH, enzyme sensible à l'oxygène, est protégée par le solvant eutectique profond (DES). Le spectre UV-visible de l'enzyme exposée à l'air pendant 400 min démontre la stabilité de l'enzyme en présence de 70% de DES. En électrochimie, l'enzyme peut être utilisée pour la réaction électrocatalytique de réduction du CO2 en CO en présence de 3% d'O2, par ajout de glycéline (DES utilisé dans cette expérience) dans le milieu réactionnel.
Ces travaux sont très prometteurs pour l'intégration future de catalyseurs fragiles tels que la CODH dans des dispositifs opérationnels. Les travaux futurs se concentreront sur le développement de nouveaux milieux réactionnels à base de DES capables d'améliorer la tolérance à l'O₂ sans affecter l'activité enzymatique.
UMR : LCBM (CEA, CNRS, UGA).
Financements : ANR-22- PESP-0010: Projet ciblé "POWERCO2" within the PEPR project SPLEEN.
Collaborations : University of Hohnenheim (Germany), DCM (UGA, CNRS).