Matériaux catalytiques bioinspirés et biohybrides

Les enzymes sont des molécules. Il n’est donc pas étonnant que les démarches de chimie biomimétique et bio-inspirée aient conduit essentiellement à des catalyseurs moléculaires. Cependant, depuis peu, l’approche bio-inspirée est utilisée aussi par les chimistes des matériaux qui se permettent, à juste titre, de traduire les informations structurales et fonctionnelles concernant les sites actifs de métallo-enzymes en nouveaux matériaux bio-inspirés catalytiques. Dans ce cours, on discute en détail des exemples suivants : (i) les oxydes mixtes de manganèse et de calcium, inspirés du site actif du photosystème II, qui possèdent des propriétés remarquables de catalyse pour l’oxydation de l’eau en oxygène ; (ii) les sulfures de molybdène qui, comme le site actif des nitrogénases, catalysent la réduction des protons en hydrogène.

Les systèmes bio-hybrides et de métallo-enzymes artificielles discutés dans les cours 1 et 2 combinaient des protéines réceptrices et des complexes moléculaires. Le caractère moléculaire des derniers n’est pas obligatoire. On peut aussi combiner des protéines et des matériaux solides. C’est le cas par exemple des systèmes qu’il est possible de préparer avec la ferritine. Cette protéine, impliquée dans le stockage du fer cellulaire, possède une cavité large dans laquelle peuvent s’accumuler des centaines et milliers d’atomes métalliques. Il est donc possible de faire précipiter dans cette cavité des particules de Pt, de Pd, d’oxydes de cérium. Ces assemblages sont ensuite étudiés pour leurs propriétés catalytiques (hydrogénation, catalase, péroxydase, etc.). Les virus constituent une autre classe de « cages » biologiques très étudiée. Il est possible d’y précipiter des nanoparticules d’or ou des oxydes de fer. Ces différents assemblages biologiques artificiels sont discutés.