A-Azo: Tuning storage in MOST systems using intra- and intermol- ecular interactions with Azobenzenes

A-偶氮:利用偶氮苯的分子内和分子间相互作用调节 MOST 系统中的存储

基本信息

项目摘要

The success of Molecular Solar Thermal Energy Storage (MOST) systems is indispensably connected to the light-switchable molecular entity (mostophore) utilized. There are multiple factors controlling the properties, which directly correlate to its MOST function. Critical parameters are inter alia the energy storage density, the half-life, or the match with the solar spectrum. In this proposal, general strategies to tackle the MOST-molecule inherent parameters for an optimized candidate will be explored with the example of azobenzenes: (1) Combination of multiple mostophores in one molecule; (2) Stabilization of the storage state by follow-up reaction; (3) Control of switching process by non-covalent interactions. In (1) not only multiple azobenzenes will be connected, but also other mostophores investigated within the Research Group FOR MOST. Here, the azaborines are especially interesting candidates, as they can replace one (or two) of the phenyl-units within the azobenzene, potentially leading to a drastic increase in storage energy while shifting the absorption of the azaborine favorably into the visible range. Depending on the application different storage times are desirable. Long-term storage poses a special challenge. If the energy loading process of the mostophore is connected to a follow-up reaction fixing the MOST-system in the storage state, the energy could be kept for an infinitive time. Ideally, the follow-up reaction is also promoted photochemically. This concept will be brought to life in the (2) part. The attachment of additional groups to alter the MOST properties leads mostly to a reduced storage density due to the increased molecular weight. Therefore, in part (2) non-covalent interactions are explored to optimize the MOST properties at different stages of the energy storage and release process. The main part of this project consists of the design, synthesis, and analysis of MOST components. Flow chemistry is playing an integral role, allowing large scale synthesis for testing, but also in high-throughput analysis. All parts will be well integrated with the other projects within the Research Group, e.g. exchange of compounds, knowledge in synthesis (A-BN, A-Nor, B-Cat), analysis (B-Spec, B-Surf), computational design, and elucidation of mechanisms (D-Ground, D-Photo), as well as testing in proof-of-concept devices (D-Dev). The insights gained will provide new fundamental insights into organic photochemistry, ranging from synthesis, analysis, and mechanistic understanding. This knowledge gained as an ensemble of this Research Group will allow us to push the MOST technology to a new level and pave the way to practical applications.
分子太阳能热能储存(MOST)系统的成功与所使用的光可切换分子实体(mostophore)密切相关。有多种因素控制其特性,这些因素与其 MOST 功能直接相关。关键参数尤其是能量存储密度、半衰期或与太阳光谱的匹配。在本提案中,将以偶氮苯为例,探索解决优化候选物的大多数分子固有参数的一般策略:(1)一个分子中多个大多数分子的组合; (2)通过后续反应稳定储存状态; (3)通过非共价相互作用控制转换过程。在(1)中,不仅多个偶氮苯将被连接,而且大多数研究组内研究的其他大多数载体也会被连接。在这里,氮硼烷是特别有趣的候选者,因为它们可以取代偶氮苯中的一个(或两个)苯基单元,可能导致存储能量的急剧增加,同时将氮硼烷的吸收有利地转移到可见光范围内。根据应用的不同,需要不同的存储时间。长期储存提出了特殊的挑战。如果将 MOST 系统的能量加载过程与将 MOST 系统固定在存储状态的后续反应连接起来,则能量可以无限期地保持。理想情况下,后续反应也可以通过光化学方式促进。这个概念将在第(2)部分中得到体现。由于分子量增加,附加基团改变 MOST 特性主要导致存储密度降低。因此,在第(2)部分中,我们探索非共价相互作用来优化能量存储和释放过程不同阶段的MOST性能。该项目的主要部分包括MOST组件的设计、综合和分析。流动化学发挥着不可或缺的作用,不仅可以用于测试的大规模合成,而且还可以用于高通量分析。所有部分都将与研究小组内的其他项目很好地集成,例如化合物交换、合成知识(A-BN、A-Nor、B-Cat)、分析(B-Spec、B-Surf)、计算设计和机制阐明(D-Ground、D-Photo),如以及概念验证设备 (D-Dev) 中的测试。获得的见解将为有机光化学提供新的基本见解,包括合成、分析和机理理解。作为该研究小组整体所获得的知识将使我们能够将 MOST 技术推向一个新的水平,并为实际应用铺平道路。

项目成果

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