【BOIN-075】巨乳・爆乳 アロマオイル巨乳揉みしだき企画 中国科大期骗可解释机器学习破解催化结构明锐性窒碍

    近日【BOIN-075】巨乳・爆乳 アロマオイル巨乳揉みしだき企画，中国科学时刻大学李微雪讲授同一物理启发的可解释机器学习算法与第一性旨趣计较，惩办了一个多相催化接洽中长期存在的对于催化结构明锐性窒碍。接洽效果于近日以“Structure Sensitivity of Metal Catalysts Revealed by Interpretable Machine Learning and First-principles Calculations”为题发表于《好意思国化学会》期刊(J. Am. Chem. Soc.)。

催化反应活性位十分结构明锐性是多相催化接洽中最为进犯的基本见地之一。尽管连年来接洽得回了很猛进展，但由于影响成分繁密并横跨多个空间和期间圭臬，如安在原子圭臬上笃定催化反应的活性位十分结构明锐性，照旧是催化材照管性蓄意中所濒临的一大挑战。例如来说，活化能与反应热之间的Brønsted–Evans–Polanyi（BEP）关系以及不同分子吸附能之间的线性标度律，长期以来被视为催化反应机理和催化优化蓄意的最进犯的基本接洽框架。关联词，由于BEP关系和标度律中缺少催化剂几何结构和化学组分的明信服息，这使它们原则上无法描写催化结构明锐性，从而极大限度了催化剂的优化蓄意接洽。

机器学习技艺在多相催化接洽中阐扬着日益进犯的作用，并被应用到催化剂的结构明锐性接洽中。但迄今为止大巨额接洽齐属于端到端的“黑盒子”接洽，接洽收尾缺少很好的物理可解释性。物理上具有明晰的可解释性、明确包含催化剂的几何结构和化学组分、并能准确展望催化反应能垒的瓦解关系，现在仍然亟待设立。另外，由于催化反应能垒的计较主要通过高精度、高本钱的密度泛函表面来完成，系统的表面数据也较为匮乏。因此，经常需要参考不同的数据源，数据源的各种性所带来的挑战也需要采用合适的机器学习算法。

面对这一问题，在本接洽责任中，作家基于物理启发的可解释多任务学习艳丽细密和包含各种性的第一性旨趣计较数据集，在领域学问和化学直观的基础上，设立了一个温顺、物理图像明晰的描写符。该描写符由催化剂的结构项和催化反应的能量项两部分构成，可用于准确展望各种分子在不同组分和结构金属催化剂上的活化能垒。其中，新设立的结构项由催化剂的拓扑配位不弥散度、价电子和晶格常数三个变量构成，借此告捷破解了金属催化剂的结构明锐性问题，并凸显了数据启动表面模子的透明度(“白盒子”接洽)在构建催化物理模子方面的进犯性。

图1 涵盖了多种金属、晶面、晶相和反应的第一性旨趣计较数据集

在具体机器学习建模经由中，该责任冷落了几点关键政策和想路。当先，为保险数据集的各种性，构建了一套涵盖了21种不同化学键断键能垒、10种过渡金属催化剂、2种不同晶相和17种不同晶面的较大多源数据集(图1)。其次，阐发领域学问和化学直观，预计名义能与活化能应该存在很强关联，而名义能又与名义吊挂键或配位不弥散度存在关联。在空洞议论名义清楚各种不同配位原子孝顺的情况下，作家界说了一个新的、隧说念反馈催化剂结构特征的物理量：拓扑配位不弥散度ΔCN

图2a骄气，催化反应的活化能与拓扑配位不弥散度的联系性彰着优于名义能和传统BEP中的反应热。将这一拓扑配位不弥散度，与反应热以及催化剂的其它基本原子参数看成物理特征通盘放到相应的机器学习接洽中。第三，为保险数据启动模子的可解释性、准确性和通用性等，议论到多源数据可能含有的非自洽性，以及不同分子之间的相反难以显式描写等状态，该责任采用了多任务学习艳丽细密政策进行机器学习建模。

机器学习收尾最终给出的分子活化能最好模子如下：

其中Ne为金属催化剂的价电子数，a为相应的晶格常数，ΔE为反应热，c1，c2和c0是对应的通盘。在该二维模子中，第一项为结构项，正比于价电子数和晶格常数浮浅大小，反比于拓扑配位不弥散度，第二项为经典BEP关系中的反应能项。该模子粗略准确展望分子断键能垒，并在具有不同对称性、键级和空间位阻等化学键的数据集上弘扬出邃密的普适性(图2b和2c)。

图2 (a)CO活化能垒与不同物理参数（反应热、名义能、拓扑配位不弥散度）之间的统计联系性；(b)机器学习模子的考试和测试准确度；(c)模子在新体系上的挪动性展望本领

上述方程由于明确包含了催化剂的组分、结构和反应热信息，因此活化能对组分调制的结构项(图3a)和能量项(图3b)的依赖关系可用来拆分催化剂的几何效应和电子效应。同期活化能对这两项投影的大小可用来对催化结构明锐性进行分类。如图3c所示，活化能在前者较大的投影和通盘意味着该分子(比如CO， NO， N2)的活化经由是一种结构明锐的反应，而如果在后者上(比如OH，NH)则意味着该反应为结构不解锐，这一论断主如若合适于小分子。较大的分子因其空间位阻效应显耀，相应的投影不行用来判断反应的结构明锐性，但相应公式的展望本领照旧弘扬出色。

图3 活化能垒的几何效应与电子效应、结构效应与能量效应的去纠缠统计分析

中国科大博士生舒武为第一作家，中国科大的李微雪讲授为通信作家，上海大学的欧阳润海博士为共同通信作家。该项责任得到了国度当然科学基金立异接洽群体、面上口头、中国科学院先导口头、科技部口头资助，以及中国科学时刻大学超算中心为该口头接洽提供的机时。

著述络续：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c01524

(中国科学时刻大学化学与材料科学学院，精确智能化学要点本质室、合肥微圭臬物资科学国度接洽中心【BOIN-075】巨乳・爆乳 アロマオイル巨乳揉みしだき企画，科研部)