Nanostructuration des électrodes pour l'électrocatalyse enzymatique : vers une biopile H2/O2 "verte"
Auteur / Autrice : | Karen Monsalve Grijalba |
Direction : | Elisabeth Lojou |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Sciences chimiques |
Date : | Soutenance le 06/12/2016 |
Etablissement(s) : | Aix-Marseille |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole èdoctorale Sciences Chimiques (Marseille ; 1996-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Bioénergétique et Ingénierie des Protéines (Marseille ; 2012-....) |
Jury : | Président / Présidente : Sophie Lecomte |
Examinateurs / Examinatrices : Lionel Santinacci | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Fethi Bedioui, Christine Mousty |
Mots clés
Résumé
Parmi les technologies basées sur H2 comme vecteur d’énergie, les biopiles à combustibles utilisant des enzymes comme biocatalyseurs spécifiques et efficaces au lieu des catalyseurs au platine apparaissent comme des alternatives émergentes. L’objectif de cette thèse est de comprendre les paramètres gouvernant l’immobilisation fonctionnelle sur des interfaces nanostructurées d'enzymes spécifiques de l’oxydation de H2 et de la réduction d’O2 en vue de désigner une biopile H2/O2 performante.Divers nanomatériaux sont caractérisés, nanoparticules d’or (AuNP) et nanotubes de carbone (CNT), présentant différentes tailles et chimie de surface, aptes à développer des ratios importants surface/volume, autorisant une augmentation du nombre de molécules enzymatiques incorporées et donc une augmentation des courants catalytiques. L’immobilisation des enzymes sur AuNP a permis de discriminer entre l’augmentation de surface ou un effet nano sur l’efficacité catalytique. L’étude intégrée sur CNT, avec les charges de l’interface électrochimique, les charges et moments dipolaires des enzymes considérées, a permis de démontrer que les interactions électrostatiques contrôlent le processus de transfert d’électrons. Cette étude montre que les bases moléculaires pour une immobilisation efficace des enzymes, obtenues sur monocouches est applicables aux réseaux 3D.La détermination des nanostructures optimales pour les réactions enzymatiques est étudiée pour un changement d’échelle. Ainsi des feutres de carbone sont fonctionnalisés avec les nanostructures adaptées, pour au final développer la première biopile H2/O2 capable d’alimenter un multicapteur et un système de communication sans fil.