Suncocat

Projekt SUNCOCAT ma na celu inżynierię w nanoskali transferu elektronów i energii, a w efekcie końcowym opracowanie wydajnych biofotoelektrod, które będą wykorzystywać światło słoneczne do przekształcania CO₂ w tlenek węgla – kluczowy chemiczny surowiec oraz paliwo. Ta nowa klasa hybrydowych fotoelektrod wykorzysta zdolność redukcyjną fotosystemu I (PSI) do napędzania wysokowydajnego biokatalizatora przekształcającego CO₂ – dehydrogenazy tlenku węgla (CODH).

Wytrzymały, ekstremofilny PSI będzie pełnił rolę centralnego biokatalizatora zbierającego światło i separującego ładunki, zdolnego do wychwytywania energii słonecznej w widzialnym zakresie widma i napędzania procesów redukcyjnych. Fotoaktywowane elektrony generowane przez PSI w wyniku absorpcji światła widzialnego będą kierowane do nowych wariantów CODH absorbujących tlen, co umożliwi przekształcenie atmosferycznego CO₂ w CO. Przełomowym rozwiązaniem w tej propozycji jest strukturalne i zorientowane przyłączanie hybryd PSI-CODH do powierzchni elektrody za pomocą bloków konstrukcyjnych z DNA, co pozwoli na zwiększoną wydajność wychwytywania energii słonecznej i jej konwersji na paliwo.

Aby osiągnąć najwyższą możliwą efektywność konwersji energii, SUNCOCAT stosuje wysoce interdyscyplinarne podejście oparte zarówno na podstawowych badaniach elektrochemicznych, jak i modelowaniu transferu elektronów metodami mechaniki kwantowej/molekularnej (QM/MM), w połączeniu z szeregiem metod fizykochemicznych, genetycznych i biofizycznych. Dzięki temu możliwe będzie skuteczne połączenie komponentów abiotycznych i biotycznych w procesie redukcji CO₂ do CO z wykorzystaniem energii słonecznej, przy jednoczesnym dążeniu do wysokiej selektywności produktu i wydajności.

Racjonalne rozmieszczenie wytrzymałych biofotokatalitycznych zespołów na powierzchni elektrody z zastosowaniem zaawansowanych metod fizykochemicznych (takich jak przewodzenie molekularne, technika DNA origami oraz plazmoniczne wzmocnienie absorpcji i fluorescencji), jak również zorientowane łączenie hybryd z obfitymi na Ziemi materiałami przewodzącymi, np. grafenem jednowarstwowym na tlenku cyny domieszkowanym fluorem, będzie stosowane w celu optymalizacji transferu energii i ładunków w hybrydowej fotoelektrodzie dla wydajnej chemicznej konwersji napędzanej energią słoneczną.