一项突破性研究发现了可改善太阳能储存的分子光开关。既能转换能量又能储存能量的分子光开关可用于提高太阳能收集的效率。研究人员利用量子计算分析了一个大型数据库，找到了最适合这项技术的分子，标志着在无排放太阳能利用方面迈出了重要一步。

一个研究小组利用量子计算方法为此找到了一种特别高效的分子结构。研究小组在《Angewandte Chemie》杂志上介绍说，他们的研究过程基于一个包含 40 多万个分子的数据集，他们对这些分子进行了筛选，以找到太阳能存储材料的最佳分子结构。

MOST项目： 太阳能的新途径

目前，太阳能要么被直接用于发电，要么被间接地储存在蓄热器中。第三种途径是先将太阳能储存在感光材料中，然后在需要时释放出来。欧盟支持的 MOST（"分子太阳能热能存储"）项目正在探索诸如光开关之类的分子，它们可以在室温下吸收和存储太阳能，从而使完全无排放地利用太阳能成为现实。

哥本哈根大学（丹麦）的 Kurt V. Mikkelsen 和巴塞罗那加泰罗尼亚理工大学（西班牙）的 Kasper Moth-Poulsen 研究小组对最适合这一任务的光开关进行了仔细研究。他们研究了被称为双环二烯的分子，这种分子在光照下会切换到高能状态。这种双环二烯系统最突出的例子是降冰片二烯四环，但也存在大量类似的候选分子。研究人员解释说："由此产生的化学空间包括大约 466,000 个双环二烯，我们已经对它们在 MOST 技术中的潜在适用性进行了筛选"。

创新的筛选方法和有希望的发现

筛选如此规模的数据库通常是通过机器学习来完成的，但这需要大量基于真实世界实验的训练数据，而该团队并不具备这些数据。利用之前开发的算法和新颖的评估分数"eta"，对数据库中的分子进行筛选和评估后得出了一个明确的结果：得分最高的六个分子在结构的关键点上都与原始的降冰片二烯四环体系不同。

研究人员的结论是，这种结构变化，即双环部分两个碳环之间分子桥的扩大，使新分子比原来的降冰片二烯储存了更多的能量。

研究人员的这一工作证明了优化太阳能储存分子的潜力。不过，新分子必须首先在实际条件下进行合成和测试。作者提醒说："即使可以合成制备这些系统，也不能保证它们能溶于相关溶剂，也不能保证它们真的能像我们在 eta 中假设的那样，以高产率或根本不发生光开关。"

影响和未来潜力

尽管如此，研究小组还是为机器学习算法开发出了一套新的、庞大的训练数据集，从而缩短了化学家们在合成前的艰苦研究步骤。作者设想，这个规模更大的双环二烯资源库将在各种应用的光开关研究中大显身手，有可能使分子更容易满足特定要求。

参考文献：Andreas Erbs Hillers-Bendtsen、Jacob Lynge Elholm、Oscar Berlin Obel、Helen Hölzel、Kasper Moth-Poulsen 和 Kurt V. Mikkelsen 于 2023 年 7 月 25 日在 Angewandte Chemie 国际版上发表的论文："在双环二烯的化学空间中寻找分子太阳能热存储候选物"。

DOI: 10.1002/anie.202309543

编译来源：ScitechDaily