Composition Based Oxidation State Prediction of Materials Using Deep Learning Language Models

氧化态 计算机科学 启发式 离子键合 氧化物 人工智能 材料科学 机器学习 离子 算法 金属 化学 有机化学 冶金
作者
Nihang Fu,Jeffrey Hu,Feng Ye,Gregory M. Morrison,Hans‐Conrad zur Loye,Jianjun Hu
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:10 (28) 被引量:2
标识
DOI:10.1002/advs.202301011
摘要

Oxidation states (OS) are the charges on atoms due to electrons gained or lost upon applying an ionic approximation to their bonds. As a fundamental property, OS has been widely used in charge-neutrality verification, crystal structure determination, and reaction estimation. Currently, only heuristic rules exist for guessing the oxidation states of a given compound with many exceptions. Recent work has developed machine learning models based on heuristic structural features for predicting the oxidation states of metal ions. However, composition-based oxidation state prediction still remains elusive so far, which has significant implications for the discovery of new materials for which the structures have not been determined. This work proposes a novel deep learning-based BERT transformer language model BERTOS for predicting the oxidation states for all elements of inorganic compounds given only their chemical composition. This model achieves 96.82% accuracy for all-element oxidation states prediction benchmarked on the cleaned ICSD dataset and achieves 97.61% accuracy for oxide materials. It is also demonstrated how it can be used to conduct large-scale screening of hypothetical material compositions for materials discovery.
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