Vous êtes ici : Accueil > Eq. SolHyCat > Thématiques de recherche > Catalyse multi-électronique bio-inspirée et enzymes artificielles

Catalyse multi-électronique bio-inspirée et enzymes artificielles

Publié le 22 janvier 2019


Les réactions catalytiques multi-électroniques forment le socle des chaines bio-énergétiques qui permettent aux organismes vivants d’échanger avec leur environnement puis d’exploiter l’énergie nécessaire pour leur métabolisme. De nombreuses réactions redox impliquant l’interconversion de molécules inorganiques ou organiques simples ont été mises à profit au cours de l’évolution. Ces dernières sont également celles mises en jeu par les nouvelles technologies de l’énergie comme les électrolyseurs ou les piles à combustible. On peut par exemple citer :

- la réduction des protons et l’oxydation de l’hydrogène catalysées par les hydrogénases

H2 2H+ + 2e-

- L’interconversion entre CO2 et acide formique catalysée par les formiate-déshydrogénases
CO2 + 2H+ + 2e- HCOOH

- L’interconversion entre CO2 et CO catalysée par les CO-déshydrogénases
CO2 + 2H+ + 2e- CO + H2O

- La fixation de l’azote moléculaire catalysée par les nitrogénases
N2 + 6H+ + 6e- 2 NH3


Les métalloprotéines qui catalysent ces réactions renferment des sites actifs à base de métaux abondants. Ces métalloprotéines possèdent souvent des activités élevées, comparables à celles des métaux nobles utilisés technologiquement, et fonctionnent dans des conditions particulièrement douces. En se basant sur les connaissances toujours plus fines de la structure et des mécanismes de ces systèmes biologiques, l’équipe SolHyCat cherche à développer des catalyseurs innovants reproduisant ces réactivités. Pour cela nous élaborons des mimes moléculaires reproduisant au plus près les éléments structuraux essentiels des centres actifs des systèmes naturels.



Par ailleurs, nous cherchons également à développer des matériaux aisément accessibles dont la composition s’approche de celle des centres polymétalliques trouvés au sein des métalloprotéines. Les systèmes moléculaires / matériaux électrocatalytiques obtenus les plus actifs sont intégrés dans des matériaux nanostructurés d’électrodes, notamment via leur interfaçage avec des nanotubes de carbone. Certains d’entre eux présentent des activités similaires au platine pour des charges catalytiques similaires. Ils sont alors testés en systèmes technologiques complets telles que piles à hydrogène ou cellules d’électrolyse.



Une autre approche, poursuivie en collaboration avec l’équipe du Prof Marc Fontecave au Collège de France, consiste en l’incorporation de complexes métalliques artificiels au sein de protéines afin d’obtenir des systèmes bio-hybrides possédant des activités catalytiques inédites.