Pour diminuer la teneur en CO₂ dans l'atmosphère et modérer le réchauffement global, il faudrait pouvoir transformer, massivement et de manière rentable, le CO₂ en carburant ou en briques de synthèse : un défi extraordinaire ! Pour tenter de le relever, des chimistes s'inspirent de métallo-enzymes naturelles, particulièrement efficaces, comme la déshydrogénase de monoxyde de carbone, qui réduit réversiblement le CO₂ en CO.

Ainsi des chercheurs du CEA-Joliot (I2BC) développent-ils depuis plusieurs années une famille de catalyseurs bio-inspirés de type porphyrine de fer, particulièrement prometteuse pour l'électro-réduction catalytique du CO₂.

Dans les réactions enzymatiques naturelles, les interactions électrostatiques jouent un rôle majeur en stabilisant à distance les intermédiaires réactionnels – le rôle des électrons à travers la structure du catalyseur restant plus modeste. Mais qu'en est-il pour ces catalyseurs bio-inspirés ?

Pour le savoir, les chimistes ont conçu et synthétisé une série de porphyrines de fer, dans lesquelles ont été introduits des groupes cationiques imidazolium (en variant leur nombre), ainsi qu'un dérivé ne contenant qu'un seul imidazolium et six atomes de fluor au sein de groupes attracteurs d'électrons. En comparant l'efficacité de ces différents catalyseurs, ils ont pu déterminer les poids respectifs des interactions électrostatiques à distance et des électrons à travers la structure.

Les chercheurs observent un effet additif des interactions électrostatiques sur les propriétés catalytiques des porphyrines de fer. Dans le cas du dérivé comportant des atomes de fluor, les effets des interactions électrostatiques surpassent les effets électroniques classiques.

Ces travaux réalisés en collaboration avec l'Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay permettent de mieux comprendre la relation entre structure et réactivité de catalyseurs à base de porphyrines de fer et ouvrent la voie au développement de combinaisons chimiques innovantes.