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網(wǎng)站首頁/有機(jī)動(dòng)態(tài)/實(shí)驗(yàn)與測試/錢萍/宿彥京教授：JMCA通過計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作流和集成學(xué)習(xí)策略來加速氫釋放反應(yīng)的二維MXenes催化劑發(fā)現(xiàn)
錢萍/宿彥京教授：JMCA通過計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作流和集成學(xué)習(xí)策略來加速氫釋放反應(yīng)的二維MXenes催化劑發(fā)現(xiàn)


文章信息

通過計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的工作流和集成學(xué)習(xí)策略來加速氫釋放反應(yīng)的二維MXenes催化劑發(fā)現(xiàn)
第一作者：Xiaoxu Wang, Changxin Wang
通訊作者：錢萍*，宿彥京*
單位：北京科技大學(xué)

研究背景

二維(2D)材料具有大的表面積-體積比和優(yōu)異的催化性能，被認(rèn)為是潛在的能量存儲和轉(zhuǎn)換材料。典型的2D材料，如過渡金屬硫化物，已經(jīng)在析氫反應(yīng)領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛的研究，但是通過將所有面內(nèi)原子轉(zhuǎn)變成催化位點(diǎn)來提高活性仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
從最大值相剝離的2D MXenes(其中M是過渡金屬，A是A族元素，X代表碳和/或氮)廣泛用于能量存儲和轉(zhuǎn)換、電催化、電磁屏蔽和電子器件。

文章簡介

近日，北京科技大學(xué)錢萍，宿彥京教授等在國際頂級期刊Journal of Materials Chemistry A(影響因子：11.301) 上發(fā)表題為“Accelerating 2D MXenes Catalyst Discovery for Hydrogen Evolution Reaction by Computer-Driven Workflow and Ensemble Learning Strategy”的研究工作。
該工作應(yīng)用高通量密度泛函理論(DFT)計(jì)算，以及機(jī)器學(xué)習(xí)框架，來識別2D MXenes有序二元合金(OBAs)活性趨勢并指導(dǎo)HER催化劑設(shè)計(jì)。Mn+1XnO2(n = 1，2，3 ,X=C，N)的2D MXenes；和具有3d、4d和5d電子的M2M′X2O2 M2M′2X3O2催化劑被列舉篩選，隨后是催化活性、熱穩(wěn)定性和電導(dǎo)率計(jì)算。
結(jié)果表明，共篩選出110種熱穩(wěn)定性好、HER活性優(yōu)于貴金屬鉑的實(shí)驗(yàn)用未開發(fā)的2D MXenes ObA。特別是鈦元素主要存在于2D MXenes OBAs的理想催化劑中，與實(shí)驗(yàn)合成的MXenes一致。
此外，結(jié)果表明，AdaBoost集成學(xué)習(xí)模型開發(fā)的描述符可以準(zhǔn)確預(yù)測和揭示her活動(dòng)的基本幾何和化學(xué)來源，這與電子見解非常一致。先進(jìn)的研究策略將高通量計(jì)算與機(jī)器學(xué)習(xí)相結(jié)合，在評估活性趨勢和設(shè)計(jì)新的復(fù)雜催化劑方面顯示出強(qiáng)大的能力。


本文要點(diǎn)

要點(diǎn)一：該工作通過高通量密度泛函理論計(jì)算，從2520種候選催化劑中篩選出188種理想的HER催化劑，它們具有機(jī)械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，可以通過實(shí)驗(yàn)合成。我們提出了110種類型的2D MXenes OBAs，與理想的鉑催化劑相比，表現(xiàn)出突出的HER活性。說明合金化是控制催化性能的有效方法，極大地豐富了2D MXenes HER候選材料的種類。

要點(diǎn)二：AdaBoost集成學(xué)習(xí)被用來預(yù)測2D MXenes ObA的HER性能，有5個(gè)明確選擇的描述符。重要的是，在機(jī)器模型中未闡明的描述符可以很好地與受合金化效應(yīng)影響的幾何和電學(xué)因素相關(guān)聯(lián)。

要點(diǎn)三：機(jī)器模型的準(zhǔn)確預(yù)測表明，集成學(xué)習(xí)是開發(fā)高效2D MXenes催化劑的一條有前途的途徑。

文章鏈接

Accelerating 2D MXenes Catalyst Discovery for Hydrogen Evolution Reaction by Computer-Driven Workflow and Ensemble Learning Strategy
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/ta/d0ta06583h#!divAbstract

通訊作者介紹

錢萍，教授、博士生導(dǎo)師。
1987.9——1991.7 河南大學(xué)物理系就讀本科 獲學(xué)士學(xué)位；2001.9——2005.6 北京科技大學(xué)碩博連讀 獲博士學(xué)位；2012.9——2013.9在加拿大McGill University 高級訪問學(xué)者?？蒲许?xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“釷金屬間化合物結(jié)構(gòu)性質(zhì)的研究”，項(xiàng)目編號：50971024。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃（973）項(xiàng)目“材料計(jì)算設(shè)計(jì)與性能預(yù)測基礎(chǔ)問題”中的子課題：“新型稀土化合物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（TG2000067106）”課題，項(xiàng)目主要骨干成員。國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（973計(jì)劃）項(xiàng)目：“面向性能的材料集成設(shè)計(jì)的科學(xué)基礎(chǔ)問題”/課題名稱：材料原子勢庫創(chuàng)新服務(wù)系統(tǒng)/課題編號：2006CB605101的研究。項(xiàng)目主要骨干成員。
http://shuli.ustb.edu.cn/shiziduiwu/jiaoshixinxi/2018-03-27/162.html

宿彥京，1965年生，博士，教授，博士生導(dǎo)師。
2000年畢業(yè)于北京科技大學(xué)大學(xué)材料物理專業(yè)獲博士學(xué)位，同年入選北京市科技新星計(jì)劃，2005年入選教育部新世紀(jì)人才計(jì)劃，2006年任博士生導(dǎo)師。現(xiàn)任材料失效與控制研究所所長、教育部環(huán)境斷裂重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任、北京市腐蝕/磨蝕與表面技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。學(xué)術(shù)兼職：中國腐蝕與防護(hù)學(xué)會環(huán)境斷裂專業(yè)委員會主任委員，中國物理學(xué)會固體缺陷專業(yè)委員會副主任委員，中國海洋湖沼學(xué)會海洋腐蝕與污損專業(yè)委員會副主任，Inter. J. Corros. 和《中國腐蝕與防護(hù)學(xué)報(bào)》編委。主持和承擔(dān)國家科技支撐項(xiàng)目課題、“973”和“863”項(xiàng)目課題、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)和面上項(xiàng)目，以及企業(yè)合作等科研項(xiàng)目二十余項(xiàng)。在Acta Mater., Appl. Phy. Lett.和Corr. Sci.等刊物共發(fā)表論文120余篇，合作出版專著三部，獲省部級科技進(jìn)步一、二等獎(jiǎng)四項(xiàng)。https://adma.ustb.edu.cn/xygk/szdw/clsxykzyjs/jsyjy_cl/5882278.html


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