머신러닝-디지털 트윈 광반응기 설계

광반응기 설계는 빛의 반사, 산란, 흡수 등 복잡한 상호작용으로 인해 효율성 확보가 어렵습니다. 본 연구는 광자 포획률을 높이고 균일한 조사를 가능하게 하는 광반응기 설계를 위해 레이 트레이싱 디지털 트윈과 다목적 베이지안 최적화를 통합한 폐쇄 루프 워크플로우를 제안합니다. 디지털 3D 반응기 모델은 측정된 방출 특성, 반사율 데이터, 기하학적 속성을 사용하여 보정되었으며, 포타슘 페리옥살레이트 광량 측정법으로 검증되었습니다. 이 모델은 반사경 모양과 바이알 위치를 탐색하여 16개 바이알에 걸쳐 균일성을 유지하면서 입사 광자 플럭스를 최대화하는 기하학적 구조를 식별했습니다. 광촉매 Suzuki-Miyaura 교차 커플링을 이용한 실험적 검증 결과, 반응 수율이 시뮬레이션된 광자 플럭스와 일치함을 확인했습니다. 최적화된 반응기는 양자 수율 스크리닝에도 적용되어 단일 실험에서 다양한 조건에 대한 메커니즘적 통찰력을 제공했습니다. 본 연구는 머신러닝과 디지털 트윈을 활용하여 광반응기 개발을 가속화하고 광화학 공정에 대한 정량적 이해를 지원하는, 실험적으로 검증된 가상 공동 설계 프레임워크를 구축했습니다.