Dr.

 

Maylis

 

ORIO

Mes activités de recherche concernent la modélisation de la structure, des propriétés et de la réactivité d’architectures moléculaires relevant du domaine de la chimie bio-inorganique ayant des applications en biologie et en catalyse (radicaux organiques, complexes de métaux de transition, sites actifs de métalloprotéines). Au sein de l’équipe BiosCiences, ma recherche est principalement centrée sur la caractérisation expérimentale et théorique de catalyseurs moléculaires pour l’activation de petites molécules telle que le dioxygène avec une emphase particulière pour la production électrochimique ou photochimique de dihydrogène. Ma spécificité est de m’appuyer sur les outils de chimie quantique pour : (i) mieux comprendre les mécanismes de réaction (ii) prédire les performances catalytiques des systèmes et (iii) développer de nouvelles cibles synthétiques.

Références bibliographiques : Chem. Eur. J., 2022 -  Chem. Comm., 2021.

1) Production bio-inspirée d’hydrogène : Electrocatalyse moléculaire, photocatalyse et catalyse sur surface

En combinant des ligands non-innocents et des ions de métaux de transition abondants sur Terre, nous avons mis au point une famille de complexes bio-inspirés actifs en réduction des protons par électrocatalyse. Nous avons montré que ces complexes présentent une activité électrocatalytique élevée pour la réduction des protons en hydrogène. Cependant, leurs performances gagneraient encore à être améliorées sachant que les éléments clés pour comprendre, rationaliser et améliorer leur réactivité demeurent inconnus. Un premier axe (pilier de ce thème de recherche) vise à poursuivre nos travaux pour prédire, du point de vue théorique, les performances catalytiques de nos complexes bio-inspirés et concevoir, du point de vue expérimental, des catalyseurs moléculaires plus efficaces.

Un second axe vise à inclure des centres catalytiques dans une matrice solide, afin d’en faire des électrodes stables et économiquement rentables pour produire de l’hydrogène par électrolyse en milieu aqueux. Nos premiers résultats ont montré́ toute la pertinence de combiner un catalyseur moléculaire à une matrice solide à base de polymères pour développer des systèmes catalytiques bio-inspirés efficaces pour la conversion électrochimique et photochimique de protons en hydrogène. Nous ambitionnons de concevoir de nouveaux catalyseurs supportés éco-compatibles innovants afin de résoudre le problème de la recherche de nouvelles sources d'énergie.

Un dernier axe consiste au développement des systèmes sans métaux nobles pour la production photocatalytique d'hydrogène, permettant ainsi la conversion de l'énergie solaire en énergie chimique. Nous associerons des photosensibilisateurs organiques à des catalyseurs inorganiques capables de produire du dihydrogène. Nous visons à concevoir des dispositifs de couplage robustes et flexibles capables de capter la lumière pour fournir des électrons au catalyseur et produire de l'hydrogène. Pour ce faire, nous envisagerons deux voies différentes, à savoir l'amélioration de nos systèmes photo-catalytiques et la conception de dyades comme nouveaux photocatalyseurs pour la production d’hydrogène initiée par la lumière.

Financements : ANR JCJC, ANRT, DGA, Région Sud, IEA CNRS

Participants : Renaud Hardré, Bruno Faure, M. Réglier, Julien Massin

Collaborations : Entreprise Rener, Athanassios Coutsolelos (Univ. Crete), Kalliopi Ladomenou (Univ. Hellénique Internationale), Michel Sliwa (Univ. Lille), Vera Krewald (Univ. Darmstadt)

Publications : Chem. Eur. J., 2018 - Chem. Sus. Chem., 2019 - Dalton Trans., 2020 - RSC Adv., 2021 - Chem. Phys. Chem., 2022.

2) Activation du dioxygène :  Etudes structure-fonction de monooxygénases à cuivre 

Les Lytic Polysaccharide Monooxygenases (LPMOs) sont des métalloenzymes à cuivre qui catalysent la coupure oxydante de polysaccharides récalcitrants tels que la cellulose, l’hémicellulose ou encore la chitine. Les LPMOs réalisent l’hydroxylation d’une liaison C-H sur la cellulose grâce à un site actif composé d’un cuivre, ce qui entraîne la rupture de la chaine glycosidique. Il est à noter que liaison C-H glycosidique hydroxylée par la LPMO est très énergétique (BDE > 95 kcal/mol) et beaucoup de questions demeurent encore sur le mode d’action, les intermédiaires réactionnels et sur le rôle du motif de coordination particulier (« histidine-brace ») sur les propriétés catalytiques de l’ion métallique. Nous souhaitons obtenir des relations structure-fonction sur cette famille de monooxygénases à cuivre et à cette fin, une approche double alliant données expérimentales et calculs théoriques est développée. En effet, la description précise des propriétés spectroscopiques et électroniques des sites de cuivre par des méthodes de chimie quantique est une condition préalable pour analyser les données expérimentales, comprendre les caractéristiques mécanistiques et concevoir des catalyseurs bio- inspirés. Ce projet propose d’utiliser une approche à la fois expérimentale et théorique, pour sonder la structure et les propriétés des enzymes à cuivre. Nous développons une approche multidisciplinaire combinant biologie, spectroscopie et chimie quantique pour interpréter la structure électronique, les propriétés redox et spectroscopiques de ces enzymes pour mieux comprendre les propriétés et la fonction des sites bio-inorganiques. Notre stratégie est applicable pour prédire la structure et les propriétés des centres à cuivre, ce qui permettra d’accéder à une meilleure compréhension des enzymes et de leur réactivité.

Financements : ANR/DFG, PHC Procope, PHC Procope +

Participants : A. Jalila Simaan, C. Decroos, M. Réglier

Collaborations : Sylvain Bertaina (IM2NP, Aix Marseille Univ.), Dimitrios Pantazis et Serena DeBeer (MPI Mülheim, Allemagne)

Publications : Chem. Phys. Chem., 2020 -  Magnetochemistry, 2022 - Inorg. Chem., 2022.