​L'un des challenges actuels des chimistes est de réussir à convertir le taux sans cesse grandissant de CO₂ atmosphérique en hydrocarbures ou encore utiliser le CO₂ comme source de carbone en synthèse organique. Si la réduction du CO₂ en hydrocarbures à grande échelle connait des avancées majeures, elle n'est pas encore applicable au niveau industriel.
Par contre, à petite échelle, l'utilisation du CO₂ comme source de carbone pour la synthèse organique est envisageable. De nombreuses études décrivent des méthodes de photo réduction du dioxyde de carbone mais, focalisées sur l'amélioration des rendements ou des couts énergétiques, très peu questionnent le problème du devenir du CO produit, molécule toxique et instable.

Dans la nature, les CO déshydrogénases transportent le CO provenant de la réduction du CO₂ et l'engagent dans une réaction de carbonylation (introduction du monoxyde de carbone dans un composé organique ou inorganique). Inspirée par ce modèle naturel, la stratégie décrite ici réutilise immédiatement le CO produit par photo catalyse dans une réaction de carbonylation. Les chercheurs ont utilisé un dispositif à deux compartiments (COware^R two-chamber system) consistant en une première cellule pour la photo production du CO, couplée à une deuxième chambre dans laquelle le CO est utilisé dans une réaction de carbonylation, sans ouverture du dispositif (schéma).

De plus, cette stratégie offre une nouvelle alternative pour la manipulation et l'utilisation de CO₂ marqué au ¹³C, stable, ou ¹⁴C, radioactif, comme source de CO pour l'incorporation ultérieure de carbone marqué dans des composés d'intérêt pharmaceutique.

Schéma du dispositif à deux chambres (COwareR) qui montre la réaction de réduction du CO2 en CO par photocatalyse, suivie de l'utilisation immédiate du CO produit  dans une réaction d'aminocarbonylation. 

Dans cette étude, dont la devise pourrait être « Reduce, Reuse Recycle », les chercheurs décrivent l'optimisation de  la réaction photocatalytique de réduction du CO₂ en CO et la réutilisation immédiate du CO produit. Au-delà de l'intérêt évident de stratégies visant à réduire le taux de CO₂, celle-ci propose non seulement une valorisation du CO, toxique, mais pourra également être utilisée pour le marquage ¹³C ou ¹⁴C de composés d'intérêt pharmaceutique, marquage qui constitue à l'heure actuelle un défi majeur pour les radiochimistes. Un cercle vertueux très prometteur qui s'est offert la page de couverture de ChemPhotoChem (issue 8, 2018).

Vue d'artiste (P.Gotico@CEA) qui illustre le côté clair et le côté sombre de la photosynthèse artificielle.

Ce travail a fait l'objet d'un Fait Marquant de l'institut de chimie du CNRS.

* Institut de chimie moléculaire et des matériaux d'Orsay