Molecular Conditional Generation and Property Analysis of Non-Fullerene Acceptors with Deep Learning

化学空间 可解释性 生成模型 分子图 分子描述符 生成语法 化学 人工智能 计算机科学 生物系统 图形 理论计算机科学 机器学习 数量结构-活动关系 药物发现 生物 生物化学
作者
Shi-Ping Peng,Xinyu Yang,Yi Zhao
出处
期刊:International Journal of Molecular Sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:22 (16): 9099-9099
标识
DOI:10.3390/ijms22169099
摘要

The proposition of non-fullerene acceptors (NFAs) in organic solar cells has made great progress in the raise of power conversion efficiency, and it also broadens the ways for searching and designing new acceptor molecules. In this work, the design of novel NFAs with required properties is performed with the conditional generative model constructed from a convolutional neural network (CNN). The temporal CNN is firstly trained to be a good string-based molecular conditional generative model to directly generate the desired molecules. The reliability of generated molecular properties is then demonstrated by a graph-based prediction model and evaluated with quantum chemical calculations. Specifically, the global attention mechanism is incorporated in the prediction model to pool the extracted information of molecular structures and provide interpretability. By combining the generative and prediction models, thousands of NFAs with required frontier molecular orbital energies are generated. The generated new molecules essentially explore the chemical space and enrich the database of transformation rules for molecular design. The conditional generation model can also be trained to generate the molecules from molecular fragments, and the contribution of molecular fragments to the properties is subsequently predicted by the prediction model.
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