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Projekt
C-Photo: Computergestüzte Photochemie und in silico Design von MOST Systemen
Antragsteller
Professor Dr. Andreas Dreuw
Fachliche Zuordnung
Theoretische Chemie: Elektronenstruktur, Dynamik, Simulation
Förderung
Förderung seit 2023
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 496207555
Die Nutzung der Sonnenenergie ist der vielversprechendste Weg den Energiebedarf unserer modernen Gesellschaft zu decken. Ein weitgehend unerforschtes Konzept ist in diesem Zusammenhang der molekulare solarthermische (MOST) Energieumwandlungsprozess, der durch photochemisch ausgelöste chemische Umwandlungen Wärme nach Bedarf freisetzt. In der geplanten Forschergruppe FOR MOST soll dieses Konzept aus grundlagenwissenschaftlicher Sicht im Zusammenspiel von Synthese, Spektroskopie, Theorie und Anwendung untersucht werden. Dieser Antrag umfasst den theoretischen Teil mit Schwerpunkt auf photochemische und spektroskopische Aspekte. Es sollen genetische Algorithmen und Ansätze des maschinellen Lernens verwendet werden, um möglichst große Bereiche des chemischen Raums verschiedener MOST-Systeme zu erforschen, und die geeignetsten MOST-Moleküle, sogenannte Mostophore, für weitere detaillierte quantenchemische Untersuchungen zu findig. Dazu sollen dann unsere selbst entwickelten Methoden für angeregte Zustände hauptsächlich zum Einsatz kommen, aber auch alle anderen verfügbaren theoretischen Werkzeuge stehen zur Verfügung. Die „besten“ Kandidaten werden dann von den FOR MOST Partnern synthetisiert und spektroskopisch untersucht werden, mit dem Fokus auf deren optimale MOST-Eigenschaften, beispielsweise ein hohes Energie-zu-Masse-Verhältnis, günstige Überlappung mit dem Sonnenspektrum und angemessene Speicherzeiten. In diesem Projekt werden wir die photochemischen Schaltmechanismen in die Speicherzustände von gekoppelten Azobenzolen, Azaborinen und Norbornadienen sowie von Hybridsystemen im Detail untersuchen. Wir werden dabei helfen, neuartige Mostophore, durch einfache Derivatisierung sowie durch Ausnutzung molekularer Wechselwirkungen zur Stabilisierung des Speicherzustands durch a priori in silico Design zu entwerfen. Ein weiterer wichtiger Beitrag dieses Projekts ist die Simulation optischer Spektren der Mostophore in ihrer molekularen Umgebung, um die Interpretation statischer und zeitaufgelöster experimenteller Spektren unter Verwendung unserer selbst entwickelten quantenchemischen Methoden und passenden Umgebungsmodellen zu unterstützen. In gleicher Weise untersuchen wir die Möglichkeit des oxidativen und/oder reduktiven Schaltens der Mostophore, d. h. durch Elektronenabstraktion und -addition. Die Schaltmechanismen werden theoretisch untersucht und elektronische Spektren der Zwischenprodukte werden simuliert, um experimentelle Untersuchungen zu begleiten. Die in diesem Projekt unternommenen theoretischen Arbeiten sind somit gut in die Forschergruppe FOR MOST eingebettet und werden einen wesentlichen Beitrag zu den bearbeiteten gemeinsamen Projekten leisten.
DFG-Verfahren
Forschungsgruppen
