Topology-Determined Structural Genes Enable Data-Driven Discovery and Intelligent Design of Potential Metal Oxides for Inert C–H Bond Activation

催化作用 脱氢 化学 拓扑(电路) 甲烷 惰性 组合化学 纳米技术 材料科学 有机化学 数学 组合数学
作者
Chuan Zhou,Chen Chen,P. Hu,Haifeng Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:145 (40): 21897-21903 被引量:5
标识
DOI:10.1021/jacs.3c06166
摘要

The identification of appropriate structural genes that influence the active-site configuration for a given reaction is critical for discovering potential catalysts with reduced reaction barriers. In this study, we introduce bulk-phase topology-derived tetrahedral descriptors as a means of expressing a catalyst's "material structural genes". We combine this approach with an interpretable machine learning model to accurately and efficiently predict the effective barrier associated with methane C-H bond cleavage across a wide range of metal oxides (MOs). These structural genes enable high-throughput catalyst screening for low-temperature methane activation and ultimately identify 13 candidate catalysts from a pool of 9095 MOs that are recommended for experimental synthesis. The topology-based method that we describe can also be extended to facilitate high-throughput catalyst screening and design for other dehydrogenation reactions.
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