Hydrogel semi-conducteur organique avec microbes et enzymes intégrés pour la conversion sélective du CO2 solaire.

L'intégration de matériaux synthétiques de collecte de lumière avec des catalyseurs biologiques fixant le CO2 offre une voie prometteuse pour une conversion chimique solaire efficace et sélective dans des conditions douces. Cependant, les progrès restent limités par le manque de matériaux photocatalytiques qui combinent biocompatibilité, couplage électronique fort avec des biocatalyseurs, haute capacité de chargement des biocatalyseurs et séparation des produits facile. Ici, nous introduisons un hydrogel semi-conducteur organique synthétisé à partir d'électrolytes conjugués conçus de manière rationnelle, présentant une absorption de lumière visible, une processabilité dans l'eau et une possibilité de réticulation covalente. Le cadre d'hydrogel macroporeux et chargé positivement immobilise à la fois des microbes et des enzymes, favorisant des interactions abiotiques-biotiques intimes tout au long de la matrice tridimensionnelle de l'hydrogel. Cette plateforme soutient deux modes distincts de réduction sacrificial du CO2 : le transfert d'électrons médiés via H2 photogénéré pour conduire à la synthèse d'acétate dans le microbe Clostridium ljungdahlii, et un transfert d'électrons direct des domaines polymères photoexcités vers l'enzyme isolée formiate déshydrogénase pour la synthèse de formiate. En couplant la programmabilité moléculaire des semi-conducteurs organiques avec la sélectivité des biocatalyseurs, ce travail établit une classe polyvalente de matériaux biohybrides doux pour la production de carburants solaires via une photosynthèse semi-artificielle.