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钱萍/宿彦京教授：JMCA通过计算机驱动的工作流和集成学习策略来加速氢释放反应的二维MXenes催化剂发现


文章信息

通过计算机驱动的工作流和集成学习策略来加速氢释放反应的二维MXenes催化剂发现
第一作者：Xiaoxu Wang, Changxin Wang
通讯作者：钱萍*，宿彦京*
单位：北京科技大学

研究背景

二维(2D)材料具有大的表面积-体积比和优异的催化性能，被认为是潜在的能量存储和转换材料。典型的2D材料，如过渡金属硫化物，已经在析氢反应领域进行了广泛的研究，但是通过将所有面内原子转变成催化位点来提高活性仍然是一个挑战。
从最大值相剥离的2D MXenes(其中M是过渡金属，A是A族元素，X代表碳和/或氮)广泛用于能量存储和转换、电催化、电磁屏蔽和电子器件。

文章简介

近日，北京科技大学钱萍，宿彦京教授等在国际顶级期刊Journal of Materials Chemistry A(影响因子：11.301) 上发表题为“Accelerating 2D MXenes Catalyst Discovery for Hydrogen Evolution Reaction by Computer-Driven Workflow and Ensemble Learning Strategy”的研究工作。
该工作应用高通量密度泛函理论(DFT)计算，以及机器学习框架，来识别2D MXenes有序二元合金(OBAs)活性趋势并指导HER催化剂设计。Mn+1XnO2(n = 1，2，3 ,X=C，N)的2D MXenes；和具有3d、4d和5d电子的M2M′X2O2 M2M′2X3O2催化剂被列举筛选，随后是催化活性、热稳定性和电导率计算。
结果表明，共筛选出110种热稳定性好、HER活性优于贵金属铂的实验用未开发的2D MXenes ObA。特别是钛元素主要存在于2D MXenes OBAs的理想催化剂中，与实验合成的MXenes一致。
此外，结果表明，AdaBoost集成学习模型开发的描述符可以准确预测和揭示her活动的基本几何和化学来源，这与电子见解非常一致。先进的研究策略将高通量计算与机器学习相结合，在评估活性趋势和设计新的复杂催化剂方面显示出强大的能力。


本文要点

要点一：该工作通过高通量密度泛函理论计算，从2520种候选催化剂中筛选出188种理想的HER催化剂，它们具有机械稳定性和热稳定性，可以通过实验合成。我们提出了110种类型的2D MXenes OBAs，与理想的铂催化剂相比，表现出突出的HER活性。说明合金化是控制催化性能的有效方法，极大地丰富了2D MXenes HER候选材料的种类。

要点二：AdaBoost集成学习被用来预测2D MXenes ObA的HER性能，有5个明确选择的描述符。重要的是，在机器模型中未阐明的描述符可以很好地与受合金化效应影响的几何和电学因素相关联。

要点三：机器模型的准确预测表明，集成学习是开发高效2D MXenes催化剂的一条有前途的途径。

文章链接

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

通讯作者介绍

钱萍，教授、博士生导师。
1987.9——1991.7 河南大学物理系就读本科 获学士学位；2001.9——2005.6 北京科技大学硕博连读 获博士学位；2012.9——2013.9在加拿大McGill University 高级访问学者。科研项目：国家自然科学基金项目“钍金属间化合物结构性质的研究”，项目编号：50971024。项目负责人。国家重点基础研究发展规划（973）项目“材料计算设计与性能预测基础问题”中的子课题：“新型稀土化合物结构设计（TG2000067106）”课题，项目主要骨干成员。国家重点基础研究发展计划（973计划）项目：“面向性能的材料集成设计的科学基础问题”/课题名称：材料原子势库创新服务系统/课题编号：2006CB605101的研究。项目主要骨干成员。
http://shuli.ustb.edu.cn/shiziduiwu/jiaoshixinxi/2018-03-27/162.html

宿彦京，1965年生，博士，教授，博士生导师。
2000年毕业于北京科技大学大学材料物理专业获博士学位，同年入选北京市科技新星计划，2005年入选教育部新世纪人才计划，2006年任博士生导师。现任材料失效与控制研究所所长、教育部环境断裂重点实验室主任、北京市腐蚀/磨蚀与表面技术重点实验室副主任。学术兼职：中国腐蚀与防护学会环境断裂专业委员会主任委员，中国物理学会固体缺陷专业委员会副主任委员，中国海洋湖沼学会海洋腐蚀与污损专业委员会副主任，Inter. J. Corros. 和《中国腐蚀与防护学报》编委。主持和承担国家科技支撑项目课题、“973”和“863”项目课题、国家自然科学基金重点和面上项目，以及企业合作等科研项目二十余项。在Acta Mater., Appl. Phy. Lett.和Corr. Sci.等刊物共发表论文120余篇，合作出版专著三部，获省部级科技进步一、二等奖四项。https://adma.ustb.edu.cn/xygk/szdw/clsxykzyjs/jsyjy_cl/5882278.html


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