Stratégies bio-inspirées pour la réduction catalytique et la valorisation du dioxyde de carbone

Bio-inspired strategies for the catalytic reduction and valorization of carbon dioxide

• Auteur / Autrice : Philipp Gotico
• Direction : Winfried Leibl
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 20/09/2019
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences chimiques : molécules, matériaux, instrumentation et biosystèmes (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biologie intégrative de la cellule (Gif-Sur-Yvette, Essonne ; 2015-....) - Laboratoire de Chimie Inorganique (Orsay, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Jury : Président / Présidente : Marc Fontecave
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Winfried Leibl, Marc Fontecave, Marc Robert, Fabrice Odobel, Sylvie Chardon-Noblat, Clifford Kubiak, Ally Aukauloo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marc Robert, Fabrice Odobel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Photosynthèse artificielle

Carbone -- Isotopes

Photocatalyse

Réduction électrochimique

Dioxyde de carbone

Mots clés libres

Réduction de CO₂

Bio-inspiré

Électrocatalyse

Valorisation

Photocatalyse

Photosynthèse artificielle

CO₂ reduction

Valorization

Bio-inspired

Electrocatalysis

Photocatalysis

Artificial photosynthesis

Résumé

La criticité du réchauffement climatique incite à chercher des solutions pour réduire les émissions de dioxyde de carbone (CO₂). Le développement de catalyseurs qui peuvent aider à capturer, activer, réduire et valoriser le CO₂ est au cœur de ce défi. Cette thèse a répondu à cet appel en développant des mimétismes moléculaires inspirés de la Nature, dans le cadre plus large de la photosynthèse artificielle. Au début il s'agissait de suivre le parcours d'un photon de lumière visible et de déterminer comment il peut réduire la molécule de CO₂. Ensuite afin de réaliser des catalyseurs plus efficaces, de nouvelles molécules ont été synthétisées en s’inspirant de l’enzyme CO déshydrogénase (CODH) qui présente des performances exceptionnelles pour la réduction du CO₂. Enfin, une autre propriété du CODH a conduit à une validation de principe pour la valorisation immédiate du CO photo-produit dans la synthèse des liaisons amides marqués, une caractéristique courante des médicaments.

The criticality of global warming urges for the advancement of science to reduce carbon dioxide (CO₂) emissions in the atmosphere. At the heart of this challenge is the development of sustainable catalysts that can help capture, activate, reduce, and eventually valorize CO₂. This PhD work tried to respond to this call by developing molecular mimics inspired by natural systems in the larger scheme of artificial photosynthesis. Firstly, it involved tracking the journey of a photon of visible light and how it is transformed to a reducing power able to reduce CO₂. Secondly, in search for more efficient and stable catalysts, new mimics were synthesized inspired by the exceptional performance of CO dehydrogenase enzymes (CODH) in reducing CO₂. Lastly, further understanding of CODH also led to a proof-of-concept that directly valorizes the photo-produced CO for the synthesis of isotopically-labelled amide bonds, a common motif in pharmaceutically-relevant drugs.