Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux d'Orsay

Chimie Inorganique

Photosynthèse artificielle

Ally Aukauloo (Prof), Marie Sircoglou (MCF), Zakaria Halime (CR)

Postdoctorant : Dr. Tania Tibiletti, Dr. Maria Castellano

Doctorants : Naht Tam Vo, Philip Gottico, Asma Khadhraoui, Youngiu Ro

Chercheurs partenaires (I2BC, CEA Saclay): Dr. Winfried Leibl, Dr. Annamaria Quaranta


De la Photosynthèse Naturelle...

Convertir l’énergie lumineuse en énergie “utile” ? La Nature sait le faire en transformant le dioxyde de carbone et l’eau en carburant organique et en dioxygène grâce au processus de photosynthèse. Au cours de la photosynthèse, l’absorption de la lumière déclenche une série de processus énergétiques et électroniques qui conduisent à l’oxydation de l’eau permettant de produire les électrons nécessaires à la réduction du CO2 en glucides lors du cycle de Calvin.

H2O + 4 hν → O2 + 4 H+ + 4 e-

n CO2 + 2n e- + 2n H+ → (CH2O)n + n/2 O2

Comprendre les étapes élémentaires qui interviennent en photosynthèse en mimant ses processus est notre premier moteur d’investigation.

 

... A la Photosynthèse Artificielle

logo_ally_new.jpeg

Le concept de photosynthèse peut être étendu à un système synthétique permettant de déclencher par la lumière un couple de réactions d’oxydation et de réduction complémentaires induisant une économie d’atome. La mise au point d’une photosynthèse artificielle constitue un défi scientifique en soi. Notre motivation est de l’inscrire en réponse aux problématiques environnementales et énergétiques actuelles. Nous cherchons par exemple à promouvoir des réactions d’oxydation « propres » utilisant l’eau comme source d’atome d’oxygène. Les seuls sous-produits obtenus sont les protons et les électrons extraits de l’eau, que nous pouvons ensuite exploiter dans une réaction de réduction conduisant à la synthèse d’un carburant « vert ». Nous développons pour cela des méthodes de production du dihydrogène ou de valorisation sélective du CO2 en vecteur énergétique (ex : CO, HCOH, MeOH ou CH4).

Notre démarche consiste à comprendre et optimiser séparément les différents processus (capture et conversion de l’énergie lumineuse, oxydation et réduction sélectives) puis à les coupler deux à deux pour enfin synchroniser l’ensemble au sein d’un photosystème artificiel complet. Nos champs d’investigations peuvent être regroupés en 3 axes :

ally_fig-intro-2.png

Axe 1 : Transferts d'électrons photoinduits

Axe 2 : Réactions d'oxydation

Axe 3 : Réactions de réduction

 

Mots-clés

Transferts d’électrons photoinduits / Catalyseurs bioinspirés / Oxydation de l’eau / Réduction de CO2 / Production de H2 / Métaux de transition / Chromophore / Transferts couplés électron-proton / Mécanisme / Relation structure-propriété / Ligands non-innocents / Porphyrine / Propriétés électroniques / Spin / Activation de petites molécules / Piègeage d’intermédiaires / Photosynthèse artificielle / Énergies renouvelables / Procédés durables

Techniques

Synthèse organique / Catalyse / Chimie inorganique / Électrochimie / RPE / Spectroscopie d’absorption UV-vis / Stopped-Flow / Calculs théoriques / Photophysique


Collaborations

- T. Tron, J. Simaan, Y. Meckmouche, M. Orio (Ism2, Marseille)

- F. Banse, K. Sénéchal-David (ICMMO, Orsay)

- D. Audisio (LMC-CEA, Gif-sur-Yvette)

- Dooshaye Moonshiram (Argonne National Laboratory)

- T. Coutsolelos (University of Heraklion, Crete)

 

- P. Dauban (ICSN, Orsay)

- B. Boitrel (ISCR-OMC, Rennes)

- H. Remita (LCP, Orsay)

- M.-H. Ha-Thi, T. Pino (ISMO, Orsay)

- B. Lassale (SOLEIL, Gif-sur-Yvette)

  • LABEX Charmmmat 2018, Post-doc — Towards Photo-Activated Catalytic C-H Amination Processes
  • LABEX Charmmmat 2018, Post-doc — Complexe hétérobimétallique bioinspiré pour la réduction du CO2 : Synthèse, électrochimie et spectroscopie
  • LABEX Charmmmat 2017, Chaire, Invité Pr. Lionel Cheruzel de l’Université San José Californie
  • Initiatives de Recherches Stratégiques (IRS- Paris Saclay), MOMENTOM regroupant 26 équipes de recherches (2017-2020)
  • LABEX Charmmmat 2017, Equipement et plateforme — Acquisition d’un spectromètre UV-Vis Cary60 combiné avec un cryostat CoolSpek UV
  • ANR Multiplet (Multielectronic light driven water activation for oxygen atom transfer reactions under mild conditions). Coordinateur T. Tron (Aix Marseille Université), Partenaire (2015-2019), 1 thèse, 2 post-docs
  • LABEX Charmmmat 2014, Postdoc — Photoactivation pour l’Amination C(sp3)-H catalysée au Fer
  • IDEX Solar Fuel 2014-2017, Thèse IDEX S. Mendes
  • Attractivité 2012 — Acquisition Potentiostat Autolab 204N
  • Chateaubriand Ambassade de France USA 2013, Alison Tebo, University of Michigan PhD
  • PIE CNRS, COMMERCE H2, Réseaux de catalyseurs moléculaires pour la production de H2.2010-2012
  • SurPhox cNano Ile de France 2010
  • Blaise Pascal International Chair 2009-2011, Pr. Vince Pecoraro University of Michigan USA, Artificial Photosynthesis
  • ANR Blanc Take Care Transport et transfert couplés d'électron et de proton dans des systèmes biomimétiques. Coordinateur M. Robert (Université Paris Diderot), Partenaire (2010-2013)
  • ANR Blanc TECHBIOHYP Vers des cellules bioinspirées efficaces et bon marché pour la production photoélectrochimique d'hydrogène. Coordinateur J-F. Cornet (Université C.Ferrand), (Partenaire 2010-2014)
  • Projet Européen SOLAR-H2, European Solar-Fuel Initiative- Renewable Hydrogen from Sun and Water. Science Linking Molecular Biomimetics and Genetics. (Leader Work Package 1, Coordinateur S. Styring, University of Uppsala 2008-2011)

Thèses

En cours

Youngju Ro — Activation photo-induite de l'eau grâce à l'utilisation de dyades chromophore-catalyseur

Directeur de thèse : Ally Aukauloo (Démarrée en juin 2018)


Asma Khadhraoui — Développement de nouveaux catalyseurs pour la réduction de CO2

Directeur de thèse : Ally Aukauloo ; Co-encadrant : Zakaria Halime (Démarrée en octobre 2017)


Tam Vo — Activation électrochimique et photochimique de l'eau par des complexes moléculaires métalliques de la 1ère période. Relation entre structure et réactivité des espèces metal-oxo?

Directeur de thèse : Ally Aukauloo ; Co-encadrante : Marie Sircoglou (Démarrée en octobre 2016)


Philipp Gotico — Photocatalyse de la réduction de Co2

Directeur de thèse : Winfried Leibl  (CEA) ; Co-directeur : Ally Aukauloo (Démarrée en septembre 2016)


Soutenues

Clémence Ducloiset— Etude de complexes pour les réactions par transfert d'atome d'oxygène ou d'azote : De la synthèse à la photoactivation (2017)

Directeur de thèse : Ally Aukauloo ; Co-encadrante : Marie Sircoglou


Stéphanie Mendes-Marinho — Combustible solaire : Caractérisation du mécanisme de transfert de charge dans des molécules photocatalytiques, vers la production d'énergie par la photosynthèse artificielle (2017)

Directeur de thèse : Ally Aukauloo


Stéphanie Cherdo— Des complexes cage aux nanoparticules, nouveaux catalyseurs pour la production d'hydrogène (2013)

Directeur de thèse : Ally Aukauloo


Sujitraj Sheth— Synthesis and characterization of catalysts for photo-oxidation of water (2013)

Directeur de thèse : Ally Aukauloo ; Co-directeur de thèse : Winfried Leibl (CEA, Saclay)

Dernières publications (2015 - Auj.)

L'intégralité des publications est à retrouver ICI.


Electronic and spin delocalization in a switchable trinuclear triphenylene trisemiquinone bridged Ni3 complex. Y. Wang, F. Lambert, E. Rivière, R. Guillot, C. Herrero, A. Tissot, Z. Halime, T. Mallah, Chem. Commun., 2019, 55, 12336-12339

Second-Sphere Biomimetic Multipoint Hydrogen-Bonding Patterns to Boost CO2 Reduction of Iron Porphyrins. P. Gotico, B. Boitrel, R. Guillot, M. Sircoglou, A. Quaranta, Z. Halime, W. Leibl, A. Aukauloo, Angewandte Chemie International Edition, 2019, 58, 4504-4509

Local ionic liquid environment at a modified iron porphyrin catalyst enhances the electrocatalytic performance of CO2 to CO reduction in water. A. Khadhraoui, P. Gotico, B. Boitrel, W. Leibl, Z. Halime, A. Aukauloo, Chem. Commun., 2018, 54, 11630-11633

Visible Light-Driven Reduction of CO2 to CO and Its Subsequent Valorization in Carbonylation Chemistry and 13C Isotope Labelling. P. Gotico, A. Del Vecchio, D. Audisio, A. Quaranta, Z. Halime, W. Leibl, A. Aukauloo, ChemPhotoChem, 2018, 2, 715-719

Water Molecules Gating a Photoinduced One Electron Two Protons Transfer in a Tyr/His model of Photosystem II. G. Chararalambidis, S. Das, A. Trapali, A. Quaranta, M. Orio, Z. Halime, P. Fertey, R. Guillot, C. Athanassios, W. Leibl, A. Aukauloo, M. Sircoglou, Angew. Chem. Int. Ed., 2018, 57, 9013-9017

Snapshots of Light Induced Accumulation of Two Charges on Methylviologen using a Sequential Nanosecond Pump–Pump Photoexcitation. T.-T. Tran, M.-H. Ha-Thi, T. Pino, A. Quaranta, C. Lefumeux, W. Leibl, A. Aukauloo, J. Phys. Chem. Lett., 2018, 9, 1086-1091

Light-Induced Activation of the Du Bois [RhII2(Esp)2] Catalyst for Nitrogen Atom Transfer Reactions. R. Farran, C. Ducloiset, J. Buendia, N. T. Vo, R. Guillot, Z. Halime, P. Dauban, W. Leibl, M. Sircoglou, A. Aukauloo, ChemPhotoChem, 2017, 1, 562-567

Time-Resolved Interception of Multiple-Charge Accumulation in a Sensitizer–Acceptor Dyad. S. Mendes marinho, M.-H. Ha-Thi, V.-T. Pham, A. Quaranta, T. Pino, C. Lefumeux, T. Chamaillé, W. Leibl, A. Aukauloo, Angewandte Chemie International Edition, 2017, 11, 15936–15940

Intramolecular Photogeneration of a Tyrosine Radical in a Designed Protein. A. G. Tebo, A. Quaranta, C. Herrero, V. L. Pecoraro, A. Aukauloo, ChemPhotoChem, 2017, 1, 89-92

Light-driven electron transfer in a modular assembly of a ruthenium(II) polypyridine sensitiser and a manganese(II) terpyridine unit separated by a redox active linkage. DFT analysis. A. G. Tebo, S. Das, R. Farran, C. Herrero, A. Quaranta, R. Fallahpour, S. Protti, M.-F. Charlot, A. Aukauloo, W. Leibl, Comptes Rendus Chimie, 2017, 20, 323-332

Elucidating the light-induced charge accumulation in an artificial analogue of methane monooxygenase enzymes using time-resolved x-ray absorption spectroscopy. D. Moonshiram, A. Picon, Á. Vázquez-Mayagoitia, X. Zhang, M.-F. Tu, P. Garrido-Barros, J.-P. Mahy, F. Avenier, A. Aukauloo, Chem. Commun., 2017, 53, 2725-2728

Monoanionic Dipyrrin–Pyridine Ligands: Synthesis, Structure and Photophysical Properties. C. Ducloiset, P. Jouin, E. Paredes, R. Guillot, M. Sircoglou, M. Orio, W. Leibl, A. Aukauloo, European Journal of Inorganic Chemistry, 2015, 2015, 5405-5410

Visible-Light-Driven Oxidation of Organic Substrates with Dioxygen Mediated by a [Ru(bpy)3]2+/Laccase System. L. Schneider, Y. Mekmouche, P. Rousselot-Pailley, A. J. Simaan, V. Robert, M. Réglier, A. Aukauloo, T. Tron, ChemSusChem, 2015, 8, 3048-3051

Redox Noninnocence of the Bridge in Copper(II) Salophen and Bis(oxamato) Complexes. D. De Bellefeuille, M. Orio, A.-L. Barra, A. Aukauloo, Y. Journaux, C. Philouze, X. Ottenwaelder, F. Thomas, Inorg. Chem., 2015, 54, 9013-9026

Synergistic "ping-pong" energy transfer for efficient light activation in a chromophore-catalyst dyad. A. Quaranta, G. Charalambidis, C. Herrero, S. Margiola, W. Leibl, A. Coutsolelos, A. Aukauloo, Phys. Chem. Chem. Phys., 2015, 17, 24166-24172

Ingénierie de la photosynthese artificielle. J.-F. Cornet, A. Aukauloo, F. Gloaguen, W. Leibl, L'actualité chimique, 2015, 397-398, 69-74

Successive light-induced two electron transfers in a Ru-Fe supramolecular assembly: from Ru-Fe(ii)-OH2 to Ru-Fe(iv)-oxo. C. Herrero, A. Quaranta, M. Sircoglou, K. Senechal-David, A. Baron, I. M. Marin, C. Buron, J.-P. Baltaze, W. Leibl, A. Aukauloo, F. Banse, Chem. Sci., 2015, 6, 2323-2327

Notre groupe

ally-equipe.png
De gauche à droite :
Philip Gottico, Zakaria Halime, Nhat Tam Vo, Tania Tibiletti, Winfried Leibl, Marie Sircoglou, Ally Aukauloo
Khaled Cheaib, Youngju Ro, Asma Khadhraoui, Annamaria Quaranta

La liste des anciens membres du groupe est disponible ICI.