Machine Learning Design of Perovskite Catalytic Properties

钙钛矿(结构) 从头算 材料科学 氧化物 燃料电池 氧气 计算机科学 催化作用 热扩散率 热力学 生物系统 化学工程 物理 化学 冶金 生物 工程类 量子力学 生物化学
作者
Ryan Jacobs,Jian Liu,Harry Abernathy,Dane Morgan
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:14 (12) 被引量:47
标识
DOI:10.1002/aenm.202303684
摘要

Abstract Discovering new materials that efficiently catalyze the oxygen reduction and evolution reactions is critical for facilitating the widespread adoption of solid oxide fuel cell and electrolyzer (SOFC/SOEC) technologies. Here, machine learning (ML) models are developed to predict perovskite catalytic properties critical for SOFC/SOEC applications, including oxygen surface exchange, oxygen diffusivity, and area specific resistance (ASR). The models are based on trivial‐to‐calculate elemental features and are more accurate and dramatically faster than the best models based on ab initio‐derived features, potentially eliminating the need for ab initio calculations in descriptor‐based screening. The model of ASR enables temperature‐dependent predictions, has well calibrated uncertainty estimates and online accessibility. Use of temporal cross‐validation reveals the model to be effective at discovering new promising materials prior to their initial discovery, demonstrating the model can make meaningful predictions. Using the SHapley Additive ExPlanations (SHAP) approach, detailed discussion of different approaches of model featurization is provided for ML property prediction. Finally, the model is used to screen more than 19 million perovskites to develop a list of promising cheap, earth‐abundant, stable, and high performing materials, and find some top materials contain mixtures of less‐explored elements (e.g., K, Bi, Y, Ni, Cu) worth exploring in more detail.
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