Description du projet
Imagerie de la voie de transfert de la lumière à la charge dans la photosynthèse
La vie végétale est alimentée par une photosynthèse hautement efficace, mais les mécanismes exacts qui la sous-tendent demeurent un mystère. Le projet FastTrack, financé par l’UE, entend mieux comprendre comment la nature convertit et transporte cette énergie solaire. Les chercheurs étudieront la manière dont l’énergie est transportée à l’échelle nanométrique grâce à la microscopie optique super-résolue qui permet de suivre le transport membranaire et de quantifier la diffusion. Ils quantifieront également le taux et l’efficacité de la séparation des charges dans les centres de réaction de la photosynthèse en utilisant le graphène photo-thermoélectrique ultrarapide et la détection photo-électrochimique. Enfin, le projet fera appel à la spectroscopie et à l’imagerie fonctionnelle pour visualiser la réaction des membranes, en particulier les changements dans la densité d’empilement, l’ordre, la diffusion et les voies de séparation des charges. Son objectif est de développer à terme la photosynthèse artificielle pour une utilisation dans le domaine de l’énergie solaire.
Objectif
The conversion of sunlight photons to electrons is the essence of the natural photosynthesis that powers life. Dedicated antennas funnel the suns energy towards reaction centres. Amazingly, nature reaches almost perfect photon-to-electron conversion efficiency, while it regulates down at high light level for protection and survival.
How does nature dynamically re-organize the membrane architecture, its packing, order, diffusion, on light stress? Which pathways are taken to charge separation? What is the role of fluctuations, coherences, color and vibrations?
My group recently succeeded in first detection of the fs spectral progression of a single exciton, the nanoscale tracking of electron transport and reveal energy disorder of a single photosynthetic complex. These pioneering results, together with our expertise in fs pulse control and nanoimaging, set the grounds to now address photosynthetic light-to-charge transfer in real nanospace and ultrafast. Specific objectives are:
Energy transport on the nanoscale: tracking spatiotemporal membrane transport by super-resolved transient optical microscopy and nanophotonic light localization: to reveal disorder and quantify diffusion.
Light to charge: photo-current detection of the energy flow: by ultrafast photo-thermoelectric graphene and photo-electrochemical detection I will probe charge separation of the reaction center directly, quantify rate and efficiency.
Multidimensional spectra on the nanoscale: by collinear 2D spectroscopic imaging with photocurrent and fluorescence detection, I will map the development of the energy landscape, at special membrane spots, ultimately on a single complex.
Functional imaging: visualize the dynamic light-response of the membrane architecture, the changes in packing density, (dis)order, diffusion and pathways to charge separation.
The novel tool-set of FastTrack and the insights on natures energy strategies are directly relevant for artificial photosynthesis and solar technology.
Mots‑clés
- Photosynthetic complex
- Energy transfer efficiency
- Transient microscopy
- Light-harvesting membrane
- Membrane transport
- Nanoscale imaging
- Reaction center
- Exciton diffusion
- Multi-dimensional spectroscopy
- Electrochemistry
- Graphene photo-detection
- Antenna complex
- Charge separation
- Photocurrent
- photoprotection
- Single molecule detection
- (Dis)order
- Ultrafast spectroscopy
- Exciton delocalization
- Light diffusion
Programme(s)
- HORIZON.1.1 - European Research Council (ERC) Main Programme
Thème(s)
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) ERC-2021-ADG
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HORIZON-ERC - HORIZON ERC GrantsInstitution d’accueil
08860 Castelldefels
Espagne