画期的な研究により、太陽エネルギーの貯蔵を改善できる分子フォトスイッチが発見されました。エネルギーの変換と貯蔵の両方が可能な分子フォトスイッチを使用して、太陽エネルギー収集の効率を高めることができる可能性があります。研究者らは、量子コンピューティングを使用して大規模なデータベースを分析し、その技術に最適な分子を見つけ出し、排出ガスのない太陽エネルギー利用に向けた大きな一歩を踏み出しました。
研究チームは、量子コンピューティング手法を使用して、この目的に特に効率的な分子構造を見つけました。研究チームはジャーナル「Angewandte Chemie」で、研究プロセスは40万以上の分子を含むデータセットに基づいており、太陽エネルギー貯蔵材料に最適な分子構造を見つけるためにスクリーニングしたと紹介した。
MOST プロジェクト: 太陽エネルギーへの新しいアプローチ
現在、太陽エネルギーは発電に直接使用されるか、間接的に蓄熱器に蓄えられます。 3 番目のアプローチは、太陽エネルギーを感光性材料に保存し、必要に応じて放出することです。 EU が支援する MOST (分子太陽熱エネルギー貯蔵) プロジェクトは、室温で太陽エネルギーを吸収して貯蔵できるフォトスイッチなどの分子を探索し、完全に排出のない太陽の利用を実現します。
コペンハーゲン大学 (デンマーク) の Kurt V. Mikkelsen 氏とバルセロナのカタルーニャ工科大学 (スペイン) の Kasper Moth-Poulsen 氏の研究グループは、このタスクに最適な光スイッチについて慎重な研究を実施しました。彼らは、光にさらされると高エネルギー状態に切り替わる二環式ジエンと呼ばれる分子を研究しました。このような二環式ジエン系の最も顕著な例はノルボルナジエン テトラシクロですが、同様の候補も多数存在します。 「結果として得られる化学空間には約 466,000 個の二環式ジエンが含まれており、それらが MOST 技術に適合する可能性があるかどうかをスクリーニングしました」と研究者らは説明します。
革新的なスクリーニング方法と有望な発見
このサイズのデータベースのスクリーニングは通常、機械学習によって行われますが、これには現実世界の実験に基づいた大量のトレーニング データが必要ですが、チームにはそれがありませんでした。以前に開発されたアルゴリズムと新しい評価スコア「イータ」を使用してデータベース内の分子をスクリーニングおよび評価すると、明確な結果が得られました。スコアが最も高かった 6 つの分子はすべて、構造の重要な点で元のノルボルナジエン四環系とは異なっていました。
研究者らは、この構造変化、つまり二環部分の 2 つの炭素環間の分子橋が広がることにより、新しい分子が元のノルボルナジエンよりも多くのエネルギーを蓄えることが可能になったと結論付けました。
研究者らの研究は、太陽エネルギー貯蔵のための分子の最適化の可能性を実証している。ただし、新しい分子はまず現実的な条件下で合成およびテストする必要があります。著者らは、「たとえこれらの系が合成的に調製できたとしても、我々がイータで仮説を立てたように、それらが関連する溶媒に可溶であるという保証はなく、実際に高収率で光スイッチするか、あるいはまったく光スイッチするという保証はない」と警告している。
影響と将来性
それでも、チームは機械学習アルゴリズム用の新しい大規模なトレーニング データ セットを開発し、化学者の骨の折れる合成前の手順を短縮しました。著者らは、この二環式ジエンのより大きなライブラリーがさまざまな用途の光スイッチング研究に役立ち、分子が特定の要件を満たすことを容易にする可能性があると構想している。
参考文献: 2023 年 7 月 25 日に Angewandte Chemie International Edition に Andreas Erbs Hillers-Bendtsen、Jacob Lynge Elholm、Oscar Berlin Obel、Helen Hölzel、Kasper Moth-Poulsen、Kurt V. Mikkelsen が発表した論文:「二環式ジエンの化学空間における分子太陽熱貯蔵候補の探索」。
DOI:10.1002/anie.202309543
コンパイルされたソース: ScitechDaily