新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架推動沸石的大規(guī)模模擬

查理大學(xué)理學(xué)院的 Grajciar 博士和 Heard 博士組成的納米材料建模小組開發(fā)并應(yīng)用了一系列計算方法來研究具有巨大工業(yè)潛力的材料以及現(xiàn)有的工業(yè)開發(fā)材料，目的是對其進(jìn)行優(yōu)化。

他們建立了一個基于機器學(xué)習(xí)的新型框架，可以在操作條件下對此類材料進(jìn)行全面研究。他們的研究成果已發(fā)表在《自然通訊》上。

沸石是一類具有巨大結(jié)構(gòu)和化學(xué)多樣性的微孔鋁硅酸鹽，它源于共價連接的二氧化硅/氧化鋁四面體的無數(shù)穩(wěn)定的三維排列。這使得沸石成為一種用途廣泛的材料，其應(yīng)用范圍從熱能存儲到氣體分離和水凈化，但主要用于異相催化。

然而，到目前為止，對其巨大的結(jié)構(gòu)和化學(xué)多樣性的全面探索主要基于反復(fù)試驗的實驗方法和簡化的理論模型。

隨著機器學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，計算機模擬的速度大大加快，采用更為現(xiàn)實和復(fù)雜的(催化)材料模型的機會之窗也隨之打開。這就是 Grajciar 博士和 Heard 博士團隊所利用的，他們開發(fā)了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，該模型能夠?qū)⒏黝惒牧系脑幽M速度提高幾個數(shù)量級。

特別是，他們重點研究了極其重要的質(zhì)子交換鋁硅酸鹽沸石，這是現(xiàn)有石化工藝的基石之一，以百萬噸級規(guī)模生產(chǎn)，也是可持續(xù)化學(xué)新興應(yīng)用的主要候選材料之一。

重要的是，除了加速原子模擬之外，機器學(xué)習(xí)模型還能夠發(fā)現(xiàn)這些材料中迄今為止未見過的化學(xué)過程和物種。此外，還舉例說明了如何結(jié)合其他先進(jìn)的機器學(xué)習(xí)工具來擴展這些基線神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性和采樣效率。

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