AIと化学を用いたナノ材料設計(Composing Nanomaterials – with AI and Chemistry)

2026-01-15 ミュンヘン大学(LMU)

ミュンヘン大学(Ludwig-Maximilians-Universität München, LMU)の研究チームは、AIと化学合成を統合した新しい材料設計プラットフォーム「Synthesizer」を開発した。同ツールは自動化化学合成、高スループット特性評価、データ駆動型モデリングを一体化し、ナノ結晶の成長を高精度で制御できる点が特徴である。特にハロゲン化ペロブスカイト系ナノ結晶を対象に、AIが化学組成と特性の関係を学習し、色、輝度、安定性などの光学的特性を細かく調整可能にした。このプラットフォームは既存の合成装置と互換性があり、設計ルールのAIサポート抽出をオープンかつモジュール式で提供する。研究成果は『Advanced Materials』に掲載され、Synthesizerは自由に利用・拡張可能なツールとして公開された。今回のアプローチにより、新材料の開発や光電子デバイス用途における最適材料探索が大幅に効率化される。

AIと化学を用いたナノ材料設計(Composing Nanomaterials – with AI and Chemistry)
Perovskite nanocrystal solutions with different blue-green emission colors | © N. Henke / LMU

<関連情報>

シンセサイザー:ナノ結晶成長の精密制御のための化学を考慮した機械学習 Synthesizer: Chemistry-Aware Machine Learning for Precision Control of Nanocrystal Growth

Nina A. Henke, Leo Luber, Ioannis Kouroudis, Jonathan Paul, Alexander Schuhbeck, Lukas M. Rescher, Tizian Lorenzen, Veronika Mayer, Knut Müller-Caspary, Bert Nickel, Alessio Gagliardi, Alexander S. Urban
Advanced Materials  Published: 05 November 2025
DOI:https://doi.org/10.1002/adma.202509472

Abstract

Precise and reproducible control over nanocrystal synthesis is essential for tailoring optical properties, yet remains a long-standing challenge in halide perovskites. A broadly adoptable machine learning–guided framework, the Synthesizer, is introduced that combines Gaussian Process regression and Bayesian optimization with chemistry-aware molecular encodings and systematic feature engineering. Rather than new algorithms, the advance lies in translating interpretable machine learning tools into a practical, benchtop platform for nanocrystal optimization under ambient conditions. Using CsPbBr3 as a model system, nm-level precision in photoluminescence peak tuning (430 nm to 520 nm) is achieved, along with benchmark narrow linewidths down to 70 meV via lateral confinement control, and robust photoluminescence quantum yield optimization linked to surface trap density. Mapping the two-dimensional parameter space (Cs/PbBr2 and antisolvent/PbBr2 ratios) across multiple antisolvents enables predictive optimization and identifies the antisolvent/PbBr2 ratio as a previously underappreciated mechanistic parameter, offering a quantitative basis for antisolvent-accelerated nanocrystal growth. Transfer tests across distinct chemical spaces, including alcohols and cyclopentanone, confirm generalizability to unseen molecules, while application to CsPbI3 demonstrates extension to new material systems. These results establish an adoption-ready platform for data-efficient, uncertainty-aware synthesis design, providing reproducible pathways to accelerate materials discovery beyond halide perovskites.

0500化学一般
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