Optimisation du transfert d'énergie et de charge dans des biophotoélectrodes pour la réduction du CO2 – SUNCOCAT

Le projet SUNCOCAT a pour but l'ingénierie à l'échelle nanométrique des voies de transfert d'électrons et d'énergie et le développement de biophoto-électrodes efficaces permettant de capter la lumière solaire pour réduire le CO2. Cette nouvelle classe de photoélectrodes hybrides utilisera le fort pouvoir réducteur du photosystème I (PSI) pour stimuler un biocatalyseur de conversion du CO2, la CO-déshydrogénase (CODH). Un PSI extrêmophile servira de biocatalyseur central de collecte de la lumière et de séparation des charges, capable de capter l'énergie solaire dans la partie visible du spectre solaire et stimuler la chimie réductrice. Les électrons photoactivés générés par le PSI lors de la capture de la lumière visible seront connectés à de nouvelles CODH tolérantes à l'O2 pour la conversion du CO2 atmosphérique en CO. La fixation des hybrides PSI-CODH à la surface de l'électrode par l'intermédiaire des blocs de construction de l'ADN est une approche novatrice de cette proposition. Pour obtenir le meilleur rendement de conversion énergétique possible, SUNCOCAT utilise une approche hautement interdisciplinaire basée à la fois sur des recherches électrochimiques fondamentales et sur la modélisation du transfert d'électrons par des approches de mécanique quantique/dynamique moléculaire (QM/MM), ainsi que sur un certain nombre de méthodes physico-chimiques, génétiques et biophysiques, afin d'interfacer efficacement les composants abiotiques et biotiques pour la réduction solaire du CO2, dans le but d'obtenir une sélectivité et un rendement élevés. L'assemblage rationnel des assemblages biophotocatalytiques robustes sur la surface des électrodes à l'aide de méthodes physico-chimiques avancées (câblage moléculaire, technique de l'origami d'ADN et renforcement plasmonique de l'absorption et de la fluorescence), ainsi que le couplage orienté des hybrides à des matériaux conducteurs abondants sur terre, à savoir le graphène en couche unique (SLG) sur de l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO), seront utilisés pour optimiser l'énergie et le transfert de charge (CT) dans la photoélectrode hybride. Grâce à son approche multidimensionnelle et interdisciplinaire, SUNCOCAT s'efforcera de mettre au point un système solaire-carburant efficace basé sur de nouveaux nano-assemblages hybrides afin d'entraîner la chimie réductrice souhaitée via une approche rationnelle basée sur une combinaison de modélisation itérative du transfert d'électrons et une étude spectroélectrochimique de ce transfert d'électrons et de ses réactions concurrentes.