Um estudo inovador descobriu um fotossensor molecular que poderia melhorar o armazenamento de energia solar. Photowitches moleculares que podem converter e armazenar energia poderiam ser usados para aumentar a eficiência da coleta de energia solar. Os investigadores usaram a computação quântica para analisar uma grande base de dados para encontrar as moléculas mais adequadas para a tecnologia, marcando um passo importante em direção ao uso de energia solar livre de emissões.
Uma equipe de pesquisa usou métodos de computação quântica para encontrar uma estrutura molecular particularmente eficiente para esse fim. A equipe de pesquisa apresentou na revista "Angewandte Chemie" que seu processo de pesquisa foi baseado em um conjunto de dados contendo mais de 400.000 moléculas, que eles analisaram para encontrar a melhor estrutura molecular para materiais de armazenamento de energia solar.
Projeto MOST: uma nova abordagem à energia solar
Atualmente, a energia solar é utilizada diretamente para gerar eletricidade ou indiretamente armazenada em acumuladores térmicos. A terceira abordagem é armazenar energia solar em materiais fotossensíveis e liberá-la quando necessário. O projeto MOST (Armazenamento Molecular de Energia Térmica Solar), apoiado pela UE, está a explorar moléculas como fotocomutadores que podem absorver e armazenar energia solar à temperatura ambiente, tornando uma realidade o aproveitamento do sol completamente livre de emissões.
Os grupos de pesquisa de Kurt V. Mikkelsen da Universidade de Copenhague (Dinamarca) e Kasper Moth-Poulsen da Universidade Politécnica da Catalunha em Barcelona (Espanha) conduziram um estudo cuidadoso dos interruptores ópticos mais adequados para esta tarefa. Eles estudaram moléculas chamadas dienos bicíclicos, que mudam para um estado de alta energia quando expostas à luz. O exemplo mais proeminente de tal sistema dieno bicíclico é o norbornadieno tetraciclo, mas também existe um grande número de candidatos semelhantes. “O espaço químico resultante inclui aproximadamente 466.000 dienos bicíclicos, que avaliamos quanto à sua potencial adequação na tecnologia MOST”, explicam os pesquisadores.
Métodos de triagem inovadores e descobertas promissoras
A triagem de bancos de dados desse tamanho normalmente é feita por meio de aprendizado de máquina, mas isso requer grandes quantidades de dados de treinamento baseados em experimentos do mundo real, que a equipe não tinha. A triagem e avaliação de moléculas no banco de dados usando algoritmos previamente desenvolvidos e uma nova pontuação de avaliação "eta" produziram um resultado claro: todas as seis moléculas com pontuação mais alta diferiam do sistema tetracíclico norbornadieno original em pontos-chave de sua estrutura.
Os investigadores concluíram que esta mudança estrutural, o alargamento da ponte molecular entre os dois anéis de carbono da porção bicíclica, permitiu que a nova molécula armazenasse mais energia do que o norbornadieno original.
O trabalho dos pesquisadores demonstra o potencial de otimização de moléculas para armazenamento de energia solar. Contudo, novas moléculas devem primeiro ser sintetizadas e testadas em condições realistas. Os autores advertem: "Mesmo que estes sistemas possam ser preparados sinteticamente, não há garantia de que serão solúveis nos solventes relevantes, ou que irão realmente fotossensuar com elevados rendimentos ou de todo, como hipotetizamos na nossa eta."
Impacto e potencial futuro
Ainda assim, a equipe desenvolveu um novo e massivo conjunto de dados de treinamento para algoritmos de aprendizado de máquina, encurtando as meticulosas etapas de pré-síntese dos químicos. Os autores prevêem que esta biblioteca maior de dienos bicíclicos será útil na pesquisa de photoswitching para uma variedade de aplicações, tornando potencialmente mais fácil para as moléculas atenderem a requisitos específicos.
Referência: Artigo publicado por Andreas Erbs Hillers-Bendtsen, Jacob Lynge Elholm, Oscar Berlin Obel, Helen Hölzel, Kasper Moth-Poulsen e Kurt V. Mikkelsen na Angewandte Chemie International Edition em 25 de julho de 2023: "Searching for Molecular Solar Thermal Storage Candidates in the Chemical Space of Bicyclic Dienes".
DOI:10.1002/anie.202309543
Fonte compilada: ScitechDaily