Descripción del proyecto
Biofotoelectrodos escalables para la producción de combustible sin semiconductores
La fuerte demanda de energía y el uso de combustibles fósiles han provocado un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero y del cambio climático. El desarrollo de dispositivos fotoelectroquímicos que usen proteínas fotosintéticas podría producir combustible solar altamente eficiente y sostenible. Sin embargo, la conexión de la transferencia de electrones entre los electrodos y el fotosistema I con los procesos catalíticos sigue siendo un reto debido a la rápida recombinación de cargas. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, el proyecto SUPERSET demostrará nuevos conceptos para evitar la recombinación de cargas en biofotoelectrodos escalables, permitiendo la reducción de CO2 y la producción de H2 sin utilizar semiconductores. Ello implica diseñar aceptores de electrones basados en antraquinonas, modificar la superficie del electrodo con monocapas autoensambladas y diseñar donantes de electrones basados en osmio/cobalto a fin de lograr una transferencia rápida de electrones.
Objetivo
The soaring demand for energy and use of fossil fuels has resulted in the release of vast amount of greenhouse gases and climate change. Developing photoelectrochemical devices for solar fuel production is one of the strategies to address these issues. The use of photosynthetic proteins as photoactive components could potentially generate highly efficient biophotoelectrodes built exclusively from earth-abundant elements, leading to a step change in sustainable solar fuel production. The extreme electron transfer rates, quantum efficiency and large charge separation of the photosynthetic protein complex photosystem 1 delivers the high energy electrons needed for CO2 fixation or H2 evolution in Nature. However, coupling electron transfer between electrodes and photosystem 1 to catalytic processes remains challenging because charge recombination of the reduced electron acceptors with the oxidized form of the electron mediators or with the electrode surface is typically faster than catalysis. The overarching aim of SUPERSET is to demonstrate for the first time the concepts of kinetic barriers and fast hole refilling through electron hopping for preventing charge recombination in scalable biophotoelectrodes and thus enable CO2 reduction and H2 production with semiconductor-free devices. Toward this aim, my specific research objectives will include: (1) Design electron acceptors based on anthraquinones to limit recombination at the electrode by taking advantage of their PCET square scheme mechanism; (2) Modify the surface of electrode by self-assembled monolayers to build a charger barrier to prevent the charge recombination of the reduced electron acceptors with the electrode; (3) Design Osmium/Cobalt-based electron donors with extremely fast electron transfer to enable the refilling of the hole produced by photosystem 1 before recombination takes place; (4) Combine the electron donor and electron acceptor to be channeled to an enzyme for CO2 reduction or H2 production.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
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Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European FellowshipsCoordinador
80333 Muenchen
Alemania