L. Albertin et N. Duraffourg

Le but de ce projet est de développer des matériaux bio-inspirés et bio-sourcés pour la conversion (bio)électrochimique et photo(bio)électrochimique de petites molécules de gaz pour la conversion et le stockage de l'énergie. Un accent particulier sera mis sur la réduction sélective du CO₂ et de l'H₂O en acide formique et H₂, respectivement.

Le projet repose sur l'idée que : i) les biocatalyseurs peuvent efficacement interconvertir la forme oxydée et réduite de leur substrat, mais sont difficiles à connecter directement à une électrode et sont susceptibles d'être désactivés dans les conditions de la réaction ; ii) l'incorporation des biocatalyseurs dans un hydrogel redox approprié stabilise l'enzyme dans un environnement hydrophile et solvaté, et assure son câblage électrique à l'électrode en servant de relais conducteur d'électrons. Quant aux catalyseurs moléculaires artificiels : i) La quantité pouvant être directement câblée sur une électrode par adsorption ou greffage est limitée et dépend de la nature de l'électrode. ii) Leur positionnement et leur interfaçage précis sur l'électrode sont extrêmement difficiles.

Nous proposons de développer des (bio)électrodes modifiées dans lesquelles : a) soit une enzyme appropriée (par exemple, formiate déshydrogénase, hydrogénase) est piégée dans une matrice redox à base de biopolymère ; b) soit un (photo)catalyseur moléculaire artificiel est intégré de manière rationnelle dans une nanostructure supramoléculaire obtenue par auto-assemblage de protéines.

Dans le premier cas, des polysaccharides chimiquement modifiés ou des nanofilaments de protéines seront utilisés pour renforcer la stabilité de l'enzyme tout en assurant le câblage électrique nécessaire. L'expression et la purification des enzymes d'intérêt profitent de l'expertise du LCBM dans le domaine des métalloenzymes et de la biologie moléculaire.


Dans le second cas, la capacité de plusieurs types de protéines à s'auto-assembler en nanostructures 1-D et 3-D sera exploitée : Des protéines artificielles seront synthétisées, capables de s'auto-assembler en nanostructures présentant à la fois des sites (photo)catalytiques et des relais redox organiques ou inorganiques dans un arrangement ordonné.