Bioinspirerad produktion av bränsle och råvaror

Vår forskning

Att göra energi och kemiska resurser hållbara, koldioxidneutrala och giftfria i global skala är en enorm utmaning, något som vi måste inse för att mildra antropogena föroreningar och klimatförändringar. Utvecklingen av katalysatorer för att producera energilagringsmolekyler och/eller kemiska råvaror som uppfyller ovanstående krav skulle innebära ett stort steg i rätt riktning. Forskningen inom Glover-gruppen syftar till att utveckla nya ljusaktiverade katalysatorsystem för att producera solbränslen och kemiska råvaror. Vi är också intresserade av att förstå katalys på mekanistisk nivå för att informera om hur man bäst kan göra nya system mer robusta och effektiva.

Katalys i naturen utförs av enzymer där katalysatorcentra skyddas och stöds av mycket funktionella proteinställningar. Naturens enzymer är inte nödvändigtvis lämpliga för processer i industriell skala; ett visst enzym arbetar vanligtvis under vissa begränsade förhållanden för att utföra en mycket specifik kemisk reaktion. Vår metod hybridiserar väldefinierade de novo-proteiner med oorganiska katalysatorer och fotosensibiliserande medel för att ge en "allt-i-ett" fotokatalysator för att rikta in sig på ett brett spektrum av kemiska reaktioner såsom vattenoxidation, protonreduktion eller koldioxidreduktion. Användning av den väldefinierade α3 de novo proteinställningen gör det möjligt för oss att utforska olika koordineringsgeometrier och ställa in redoxegenskaperna hos katalysatorcentret genom användning av olika naturliga och onaturliga aminosyror i koordinationsmiljön. Proteinkatalysatorerna utvecklas för att vara fördelaktiga: fria från ädelmetaller, vattenlösliga och skyddande mot skadlig sidokemi. Dessa egenskaper gör sådana protein-oorganiska katalysatorer mer hållbara än status quo för rent oorganiska system.

Proteinhybriderna α3 de novo är mottagliga för detaljerade strukturella, elektrokemiska och övergående spektroskopiska studier som gör det möjligt för oss att upptäcka termodynamik och kinetik av fotoaktiverade redoxhändelser som pågår fram till och under katalysen. Dessa undersökningar kommer att tillhandahålla hastigheter och mekanismer för redoxhändelser, dvs. elektronöverföring och protonkopplade elektronöverföringsprocesser som är kärnan i katalysen. En detaljerad förståelse av dessa redoxprocesser gör det möjligt för oss att göra informerade modifieringar av protein- och koordinationsmiljön som optimerar katalys.