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Doctorant(e) en bioélectrochimie (H/F)

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Informations générales

Référence : UMR7564-MATETI-001
Lieu de travail : VILLERS LES NANCY
Date de publication : lundi 8 avril 2019
Nom du responsable scientifique : Mathieu ETIENNE
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Titre du projet : Réacteur biomimétique : compartimenter et coupler la régénération du cofacteur NAD(P)H et l'oxydation biocatalytique de l'hydrogène

Il y a aujourd'hui un grand intérêt pour les procédés biocatalytiques en flux qui associent plusieurs réactions en cascade conduisant à la synthèse de molécules d'intérêt dans des domaines industriels variés, en particulier pharmaceutiques et alimentaires. Le cofacteur NAD(P)H joue un rôle très important dans les systèmes biologiques et peut aussi être valorisé comme transporteur d'électrons dans des systèmes enzymatiques catalysant des réactions stéréo- et régiosélectives ayant un grand potentiel biotechnologique (déshydrogénases, cytochromes P450, etc). Du fait de son coût important, l'utilisation de NAD(P)H en biosynthèse requiert sa régénération.
Nous proposons de créer une architecture de bioélectrode pour coupler efficacement l'oxydation de l'hydrogène à la régénération du cofacteur NAD(P)H, intégrée dans un dispositif d'électrosynthèse enzymatique s'inspirant des processus biologiques. L'idée est de compartimenter ces deux processus redox tout en les liant électriquement dans un réacteur hybride entre pile à combustible et dispositif à flux redox. NAD(P)H peut être ensuite couplé à des réactions enzymatiques, par exemple pour la production d'énantiomères purs, la réduction du CO2 ou l'oxydation sélective de molécules complexes.

Cette thèse s'adresse à des étudiants de niveaux Ingénieur ou Master avec de solides connaissances en physico-chimie et/ou en génie des procédés, avec le désir d'étudier les processus électrochimiques. Des connaissances en génie des matériaux et en bioélectrochimie sont également bienvenues pour ce projet. De plus, le(a) candidat(e) devra faire preuve d'autonomie, de curiosité et de rigueur.

References:
(a) J. Britton, S. Majumdar, G.A. Weiss, Continuous flow biocatalysis, Chem. Soc. Rev. 47 (2018) 5891–5918. doi:10.1039/c7cs00906b. (b)L. Zhang, N. Vilà, G.W. Kohring, A. Walcarius, M. Etienne, Covalent Immobilization of (2,2′-Bipyridyl) (Pentamethylcyclopentadienyl)-Rhodium Complex on a Porous Carbon Electrode for Efficient Electrocatalytic NADH Regeneration, ACS Catal. 7 (2017) 4386–4394. doi:10.1021/acscatal.7b00128. (c)I. Mazurenko, M. Etienne, G.W. Kohring, F. Lapicque, A. Walcarius, Enzymatic bioreactor for simultaneous electrosynthesis and energy production, Electrochim. Acta. 199 (2016) 342–348. doi:10.1016/j.electacta.2016.02.126. (d) I. Mazurenko, K. Monsalve, P. Infossi, M.-T. Giudici-Orticoni, F. Topin, N. Mano, et al., Impact of substrate diffusion and enzyme distribution in 3D-porous electrodes: a combined electrochemical and modelling study of a thermostable H2/O2 enzymatic fuel cell, Energy Environ. Sci. 10 (2017) 1966–1982. doi:10.1039/C7EE01830D.

Contexte de travail

Pour mener à bien cette recherche, nous souhaitons recruter un doctorant qui aura la charge de développer la membrane biomimétique et de l'utiliser pour l'électrosynthèse. La première partie du doctorat portera sur l'élaboration de la membrane biomimétique et sa caractérisation. Cette membrane sera ensuite fonctionnalisée par le catalyseur approprié pour valider son application pour la réduction de NAD(P)H, sur la base d'une approche développée récemment au LCPME. Un travail important sera ensuite mené avec le BIP pour optimiser la fonctionnalisation de cette membrane par une hydrogénase et nous combinerons ensuite ces deux fonctions. L'étape suivante sera menée en étroite collaboration avec le LRGP, pour l'ingénierie du système qui inclura une alimentation en hydrogène gazeux.

Sites web des laboratoires cités : http://www.lcpme.cnrs-nancy.fr; http://bip.cnrs-mrs.fr; http://lrgp-nancy.cnrs.fr

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