Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойХимияМолекулярное мастерство: революция в хранении солнечной энергии с помощью фотопереключателей

Молекулярное мастерство: революция в хранении солнечной энергии с помощью фотопереключателей

- Advertisement -

Новаторское исследование выявило молекулярные фотопереключатели, которые могут улучшить хранение солнечной энергии. Используя квантовые вычисления, исследователи проанализировали большую базу данных, чтобы найти молекулы, наиболее подходящие для этой технологии, что стало важным шагом в использовании солнечной энергии без выбросов. Фото: SciTechDaily.com

Оптимизация молекулярных фотопереключателей для сбора солнечной энергии.

Молекулярные фотопереключатели, которые могут как преобразовывать, так и хранить энергию, могут быть использованы для повышения эффективности сбора солнечной энергии. Группа исследователей использовала квантовые вычисления метод, позволяющий найти особенно эффективную молекулярную структуру для этой цели. Как описала команда в журнале Ангеванде ХемиИх процедура была основана на наборе данных из более чем 400 000 молекул, которые они проверили, чтобы найти оптимальную молекулярную структуру для материалов для хранения солнечной энергии.

Проект МОСТ: новый путь солнечной энергетики

В настоящее время солнечная энергия используется либо напрямую для выработки электроэнергии, либо косвенно через энергию, хранящуюся в тепловых резервуарах. Третий путь может включать сначала хранение солнечной энергии в светочувствительных материалах, а затем ее высвобождение по мере необходимости. Поддерживаемый ЕС проект MOST («Молекулярное хранение солнечной тепловой энергии») исследует такие молекулы, как фотопереключатели, которые могут поглощать и хранить солнечную энергию при комнатной температуре, чтобы сделать использование солнечной энергии полностью без выбросов реальностью.

Исследовательские группы Курта В. Миккельсена из Копенгагенского университета (Дания) и Каспера Мота-Поульсена из Технического университета Каталонии в Барселоне (Испания) внимательно изучили фотопереключатели, лучше всего подходящие для этой задачи. Они изучали молекулы, известные как бициклические диены, которые при освещении переходят в высокоэнергетическое состояние. Самый яркий пример этой бициклической диеновой системы известен как норборнадиен квадрициклан, но существует огромное количество подобных кандидатов. Исследователи объясняют: «Полученное химическое пространство состоит примерно из 466 000 бициклических диенов, которые мы проверили на предмет их потенциального применения в технологии MOST».

Инновационный метод скрининга и многообещающие результаты

Проверка базы данных такого размера обычно выполняется машинное обучение, но для этого нужны большие объемы обучающих данных, основанных на реальных экспериментах, которых у команды не было. Используя ранее разработанный алгоритм и новый показатель оценки «эта», скрининг и оценка молекул базы данных дали четкий результат: все шесть молекул, получивших наивысшие оценки, отличались от исходной норборнадиенквадрициклановой системы в решающем моменте структуры. Исследователи пришли к выводу, что это структурное изменение, расширение молекулярного мостика между двумя углеродными кольцами в бициклической части, позволило новым молекулам запасать больше энергии, чем исходный норборнадиен.

Работа исследователей демонстрирует потенциал оптимизации молекул для хранения солнечной энергии. Однако новые молекулы сначала необходимо синтезировать и протестировать в реальных условиях. «Несмотря на то, что системы могут быть получены синтетически, нет никакой гарантии, что они растворимы в соответствующих растворителях и что они действительно будут фотопереключаться с высоким выходом или вообще, как мы предполагали в ETA», — предупреждают авторы.

Влияние и будущий потенциал

Несмотря на это, команда разработала новый большой набор обучающих данных для алгоритмов машинного обучения и, таким образом, сократила трудный этап исследований перед синтезом для химиков, занимающихся такими системами в будущем. Авторы предполагают, что это гораздо более крупное хранилище бициклических диенов станет самостоятельным для исследования фотопереключателей для различных применений, что потенциально облегчит адаптацию молекул к конкретным требованиям.

Ссылка: «Поиск в химическом пространстве бициклических диенов для молекулярных кандидатов на хранение солнечной тепловой энергии», Андреас Эрбс Хиллерс-Бендтсен, Якоб Линге Эльхольм, Оскар Берлин Обель, Хелен Хельцель, Каспер Мот-Поульсен и Курт В. Миккельсен, 25 июля 2023 г., Angewandte Chemie, международное издание.
DOI: 10.1002/anie.202309543

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме