第一作者: Song Wang
通訊作者：De-en Jiang
通訊單位：University of California Riverside
研究?jī)?nèi)容：
雖然金屬原子的坐標(biāo)可以通過(guò)x射線晶體學(xué)精確地確定，但金屬納米團(tuán)簇中氫化物的位置很難確定。理論上，中子晶體學(xué)可以用來(lái)確定氫化物的位置，但它需要一個(gè)大晶體和一個(gè)中子源，這妨礙了它的日常使用。在此，我們提出了一種深度學(xué)習(xí)方法，可以加速測(cè)定不同尺寸金屬納米團(tuán)簇的單晶x射線結(jié)構(gòu)中的氫化物位置。我們證明了我們的方法在預(yù)測(cè)最可能的氫化物位置及其組合上的有效性，以確定最近報(bào)道的兩個(gè)銅納米團(tuán)簇的總結(jié)構(gòu)，[Cu25 H10(SPhCl2)18]3-和[Cu61(St1Bu)26S6Cl6H14]+，它們的氫化物位置尚未通過(guò)中子衍射確定。我們的方法可以推廣應(yīng)用到其他金屬體系中，從而消除了原子精確金屬氫化物納米化學(xué)的瓶頸。
要點(diǎn)一：
與Au的電負(fù)性大于H不同，Cu和Ag的電負(fù)性較小，而且NaBH4還原形成的納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)中往往含有氫化物。雖然單晶x射線衍射可以常規(guī)地用于這些銅和銀納米團(tuán)簇以確定重原子（非氫原子）的位置。由于難以生長(zhǎng)出足夠大的晶體用于中子衍射，而且中子源的可用性有限，氫化物的位置已經(jīng)成為一個(gè)瓶頸。
要點(diǎn)二：
本文的想法是利用從中子衍射中已知?dú)浠镂恢玫暮瑲浠锝饘賵F(tuán)簇的可用x射線結(jié)構(gòu)來(lái)訓(xùn)練一個(gè)模型，該模型允許我們預(yù)測(cè)給定x射線結(jié)構(gòu)中所有可用位置的氫化物占據(jù)的概率。我們將以銅系為例，但這種方法也可以推廣到其他金屬系。
圖1：a)給定x射線結(jié)構(gòu)，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)預(yù)測(cè)氫化物位置的基本工作流程;b)訓(xùn)練的CNN模型對(duì)x射線結(jié)構(gòu)中可能的氫化物位點(diǎn)進(jìn)行分類的準(zhǔn)確率為Has H (occupancy <0.5)或no H (occupancy <0.5);ground truth (Exp.)來(lái)自中子數(shù)據(jù)。
圖2：a) [Cu25H10(SPhCl2)18]3-的單晶x射線結(jié)構(gòu)，其中氫化物位置(白球)由CNN預(yù)測(cè)。銅深橙紅色，C灰色，S黃色，Cl淺藍(lán)色;有機(jī)配體上的H沒(méi)有顯示出來(lái)。b) CNN提供的Cu25 (SPhCl2)18中氫化物在可能位置占有的概率分布。
圖3: (a) [Cu61(St (St1Bu)26S6Cl6H14]+ 的單晶x射線結(jié)構(gòu)。(b) [Cu61(St (St1Bu)26S6Cl6H14]+ 中可能位置氫化物占位的概率分布。預(yù)測(cè)氫化物位置(白球)的簇核的俯視圖(c)和側(cè)視圖(d)。銅深橙紅色和綠色，H白色，C灰色，S黃色，Cl淡藍(lán)色。
圖4：[Cu61(St1Bu)26S6Cl6H14]+內(nèi)銅核的14個(gè)氫化物(白色)的位置在(表1)異構(gòu)體B1的DFT優(yōu)化前(上)和后(下)。
參考文獻(xiàn):Wang, S.; Wu, Z.; Dai, S.; Jiang, D. E., Deep Learning Accelerated Determination of Hydride Locations in Metal Nanoclusters. Angew Chem Int Ed, 2021, 60 (22), 12289-12292.
