​LA TRANSFORMATION DU CO2, UN DÉFI POUR LES CHIMISTES ​

La transformation chimique du dioxyde de carbone (CO₂), principal gaz à effet de serre, en produits carbonés à valeur ajoutée ou en carburants de synthèse constitue un défi majeur, tant sur le plan scientifique que technologique. Relever ce défi pourrait contribuer au développement d'une économie plus durable et neutre en carbone, tout en accompagnant la transition énergétique.
Une des stratégies explorées par les chimistes consiste à s'inspirer du vivant et, plus particulièrement, des métalloenzymes naturelles, dont l'efficacité catalytique repose sur un contrôle précis de l'environnement du site actif. Parmi elles, la déshydrogénase de monoxyde de carbone (CODH) est capable de catalyser réversiblement le CO₂ en CO. Depuis plusieurs années, l'équipe de Philipp Gotico, en collaboration avec l'ICMMO et l'ISCR, développe des catalyseurs bio-inspirés à base de porphyrines de fer fonctionnalisées par des groupes urée (UrFe). Ces fonctions forment un réseau d'interactions par liaisons hydrogène autour du site actif, favorisant la capture et la stabilisation du CO₂ au voisinage du centre catalytique. Ces catalyseurs se sont révélés particulièrement prometteurs pour la réduction électro-catalytique du CO₂ (voir actu Joliot).

UNE NOUVELLE GÉNÉRATION DE CATALYSEURS

Dans cette étude, réalisée dans le cadre du projet SYNFLUX-LUMICALS, un Moonshot Project de l'axe Énergie & Environnement du PEPR LUMA piloté par le CEA et le CNRS, les chercheurs montrent qu'il est possible d'améliorer considérablement l'activité catalytique en optimisant la seconde sphère de coordination, c'est-à-dire l'environnement immédiat du site catalytique, qui joue un rôle essentiel dans la capture et l'activation du CO₂. Leur preuve de concept repose sur l'étude de deux variantes d'une porphyrine de fer fonctionnalisée par des groupes urée, qui ne diffèrent que par leur organisation spatiale : une configuration face-à-face (αbαb-UrFe) et une configuration adjacente (α₂b₂-UrFe) (figure ci-dessous).

 © Vishwakarma et al., Angew.Chem.Int.Ed. 2026

 Le passage de la configuration géométrique face-à-face à une configuration adjacente modifie profondément les interactions du catalyseur avec le CO₂. La configuration adjacente des bras urée favorise ainsi la réduction électro-catalytique du CO₂ en CO aussi bien en milieu aprotique qu'en milieu protique. Les performances sont particulièrement remarquables en milieu protique, où ce catalyseur atteint une la vitesse de réaction (turnover frequency, TOF) record de 2,7 × 10⁷ s⁻¹, parmi le plus élevées jamais rapportées pour un système moléculaire. En combinant mesures électrochimiques, spectroscopies UV-visible et infrarouge et calculs théoriques, les chercheurs démontrent que cette organisation spatiale ne se limite pas à stabiliser les intermédiaires réactionnels : elle favorise également l'accessibilité du site actif et facilite les transferts de protons, accélérant ainsi la réaction catalytique.

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. La conception de réseaux adaptatifs, directionnels et non covalents au sein de la seconde sphère de coordination constitue une stratégie permettant de rechercher le juste équilibre entre capture du substrat, accessibilité du site actif et réactivité globale. L'amélioration simultanée de l'activité et de la sélectivité obtenue avec ce catalyseur bio-inspiré ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de systèmes moléculaires dédiés à la valorisation du CO₂.

D'après le fait marquant publié le 21/08/2026 sur le site du PEPR LUMA, ainsi que l'actualité publiée le 22/09/2026 par l'INC/CNRS.


Le contrôle directionnel au sein de la seconde sphère de coordination redéfinit la réduction du CO₂ par les porphyrines de fer. Le réarrangement des donneurs d'hydrogène issus de l'urée module la réactivité et révèle qu'une catalyse optimale résulte également d'interactions non covalentes directionnelles et adaptatives, à l'instar des enzymes. Graphical abstract.

Contact Institut Joliot : Philipp Gotico (philipp.gotico@cea.fr)

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