科技日?qǐng)?bào)記者 王祝華 通訊員 劉俊樂(lè)

海南大學(xué)鄧意達(dá)教授團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新融合機(jī)器學(xué)習(xí)與密度泛函理論，成功篩選出高效光催化二氧化碳還原雙原子催化劑，為破解傳統(tǒng)試錯(cuò)法效率低下的行業(yè)難題提供了全新技術(shù)路徑。近日，該研究成果在國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》發(fā)表。

當(dāng)前，全球能源需求持續(xù)激增推動(dòng)二氧化碳排放量攀升，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為可再生燃料，成為降低傳統(tǒng)化石能源依賴的關(guān)鍵方向。其中，光催化二氧化碳還原技術(shù)因綠色環(huán)保特性，被視作該領(lǐng)域的核心破局手段。然而，該技術(shù)的核心載體——原始石墨相氮化碳，存在活性位點(diǎn)稀缺、二氧化碳吸附能力有限的缺陷，導(dǎo)致催化性能受限；同時(shí)，過(guò)渡金屬組合種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)試錯(cuò)法研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高，嚴(yán)重制約雙原子催化劑的研發(fā)進(jìn)程。因此，開(kāi)發(fā)快速高效的篩選方法，解決雙原子催化體系難題、實(shí)現(xiàn)二氧化碳高效還原轉(zhuǎn)化，已成為當(dāng)前科研領(lǐng)域的重點(diǎn)方向。

為突破這一研發(fā)困境，鄧意達(dá)團(tuán)隊(duì)將研究聚焦于石墨相氮化碳負(fù)載雙原子催化劑，構(gòu)建了系統(tǒng)性篩選方案：首先通過(guò)密度泛函理論，精準(zhǔn)計(jì)算中間體在雙原子催化劑表面的吸附能，形成高質(zhì)量數(shù)據(jù)集；隨后利用該數(shù)據(jù)集對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練與測(cè)試，通過(guò)多類(lèi)機(jī)器學(xué)習(xí)算法對(duì)比，篩選出性能最優(yōu)的模型及關(guān)鍵特征參數(shù)；最后將所有雙原子催化劑的特征參數(shù)輸入最優(yōu)模型，同時(shí)結(jié)合大規(guī)模密度泛函理論研究，對(duì)潛力候選催化劑進(jìn)行驗(yàn)證，最終成功篩選出一系列可高效光催化二氧化碳制一氧化碳、甲酸的雙原子催化材料，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)合成環(huán)節(jié)大幅縮短了研發(fā)周期。

鄧意達(dá)表示，該研究創(chuàng)新性構(gòu)建了“雙原子協(xié)同—機(jī)器學(xué)習(xí)—高通量篩選”三位一體的催化劑設(shè)計(jì)范式，清晰揭示了雙原子基礎(chǔ)特征與預(yù)測(cè)極限電位之間的微觀作用機(jī)制。這一成果不僅將人工智能加速材料發(fā)現(xiàn)的理念成功拓展至光催化二氧化碳還原領(lǐng)域，更為后續(xù)催化劑的實(shí)驗(yàn)合成與性能優(yōu)化提供了堅(jiān)實(shí)的理論支撐和明確的研發(fā)方向。