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机器学习当前已经被广泛地应用于材料领域,可以用于构效关系的发现,从而加速材料设计,缩短材料研发周期。符号回归是一种可解释的机器学习方法,能够提供目标函数和自变量特征参数之间具体的数学表达式,为材料设计提供直接指导,但在材料科学领域的应用目前却很少。描述符在催化剂的研究中扮演着重要角色。过去10年来,人们针对氧化物钙钛矿的析氧反应活性,提出了诸多描述符。

然而,这些传统描述符都需要密度泛函理论的计算。而密度泛函理论计算耗时耗力,还存在较大误差。因此,传统的描述符并不利于大规模材料设计与筛选。苏州大学尹万健和美国托莱多大学鄢炎发等人,利用符号回归确定了一个简易的描述子μ/t,用于描述氧化物钙钛矿催化剂的催化活性。

首先合成了18种已知的氧化物钙钛矿催化剂,以产生具有一致性和可比较的OER活性数据集,然后采用符号回归方法寻找构效表达式,再在这些表达式中选择一个简易且准确性高的描述子μ/t,其中μ和t分别是八面体因子和容忍因子。该描述子只是离子半径的函数,简易明了,不需要密度泛函理论(DFT)计算,却可以定量描述OER催化活性。


这个简易描述子使得可以快速发现一系列新型、高催化活性的氧化物钙钛矿催化剂。作为验证,成功地合成了5种氧化物钙钛矿,其中4种(Cs0.4La0.6Mn0.25Co0.75O3Cs0.3La0.7NiO3SrNi0.75Co0.25O3Sr0.25Ba0.75NiO3)催化活性超过了典型的氧化物钙钛矿催化剂BSCF

总之,该工作表明符号回归是一种强大的机器学习技术,可以发现具有物理意义的描述符,为设计开发高性能催化剂提供了一个新的方向。



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