Capturer une fraction du dioxyde de carbone de l'atmosphère et le transformer massivement et à bas coût en carburant ou en briques de base pour la chimie fine : le défi est de taille car il faut apporter beaucoup d'énergie pour réduire chimiquement la très stable molécule de CO2. De plus, les réactions connues utilisent des catalyseurs onéreux et sont peu sélectives.
C'est pourquoi des chimistes du CEA-Joliot et leurs partenaires ont développé un nouveau catalyseur inspiré par un cofacteur impliqué dans le transport de l'oxygène : l'hème, constitué d'une porphyrine (composé cyclique) combinée à un ion de fer. Dans une étude précédente, ils ont montré qu'une famille de catalyseurs de type porphyrine ferreuse permet de réduire du CO2 en CO, à la fois avec une forte réactivité et une haute sélectivité. Puis, ils ont « décoré » de fonctions urées leur catalyseur et démontré ses performances supérieures en électro et photocatalyse (Lire aussi Valorisation du CO2 : optimisation d'un catalyseur bio-inspiré et De nouvelles perspectives pour la photo-réduction du CO2 par les porphyrines ferreuses).
Les chercheurs décryptent aujourd'hui le cycle de ce catalyseur grâce à la spectro-électrochimie infrarouge, les spectroscopies Raman, UV-visible et la résonance paramagnétique électronique.
Ils montrent que l'étape d'activation du CO2 est déplacée de l'état redox Fe(0), nécessaire dans d'autres porphyrines à fer, à l'état Fe(I), plus facile à atteindre. Cet effet résulte de l'activation du substrat CO2 par des liaisons hydrogène fournies par les groupes urées, ce qui permet de diminuer l'énergie nécessaire à la réaction.