​Le CO₂ atmosphérique, l'une des principales causes du réchauffement climatique, atteint aujourd'hui des niveaux alarmants. A la recherche de nouveaux moyens durables pour produire de l'énergie, les scientifiques imaginent des procédés innovants pour recycler ce CO₂ en carburant ou en brique de synthèse pour des composés organiques d'intérêt, par exemple pharmaceutiques.
Les chimistes sont en première ligne face à cette problématique, car le recyclage de la molécule de CO₂ dans sa forme initiale en un carburant riche en énergie passe d'abord par un processus très énergivore qui consiste à casser les liaisons O=C=O. Afin de concevoir des catalyseurs efficaces, les scientifiques s'inspirent de la nature qui compte  plusieurs enzymes capables de transformer le CO₂ à grand échelle. Par exemple, la monoxyde de carbone déshydrogénase réduit réversiblement le CO₂ en CO. La particularité du site actif métallique de cette enzyme est la contribution de 2 acides aminés à la capture et l'immobilisation de la molécule de CO₂ au cours du transfert des électrons et des protons vers cette dernière (processus de réduction), grâce à des liaisons hydrogène.
Dans cette étude, les chercheurs se sont inspirés de ce site actif naturel et ont utilisé un catalyseur de type porphyrine de fer* qu'ils ont modifié en y introduisant des fonctions urée, sortes de piliers moléculaires pourvoyeurs de liaisons hydrogène pour immobiliser le CO₂ sur le centre métallique, un peu comme dans l'enzyme naturelle (voir figure). Les résultats sont très prometteurs puisque 1) l'énergie nécessaire au transfert de deux électrons et deux protons pour transformer le CO₂ en CO est significativement plus basse ; 2) la vitesse de capture du CO₂ est augmentée ; 3) comme dans l'enzyme, les molécules d'eau piégées entre les « piliers » urée jouent le rôle de source de protons pour la réduction du CO₂, évitant ainsi l'utilisation de donneurs de protons sacrificiels.

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​Représentation du site actif de l'enzyme monoxyde de carbone déshydrogénase (gauche) et son modèle biomimétique de type porphyrine de fer modifiée (droite) comme catalyseur pour une transformation plus efficace du CO2 en CO. @Gotico/CEA

Cette étude décrit un élégant modèle biomimétique, constitué de fonctions urée pour stabiliser la molécule de CO₂ sur une unité catalytique de type porphyrine de fer. Elle offre de nouvelles perspectives pour le développement de catalyseurs moléculaires de la réduction du CO₂ plus efficaces et moins couteux en énergie.

*Une porphyrine de fer est une molécule à structure macrocyclique, comme l'hème de l'hémoglobine qui sert à fixer le dioxygène dans les globules rouges.