A Universal Machine Learning Framework for Electrocatalyst Innovation: A Case Study of Discovering Alloys for Hydrogen Evolution Reaction

电催化剂 材料科学 卷积神经网络 计算机科学 简单(哲学) 人工神经网络 从头算 深度学习 人工智能 电化学 电极 物理化学 认识论 哲学 有机化学 化学
作者
Letian Chen,Yun Tian,Xu Hu,Sai Yao,Zhengyu Lu,Suya Chen,Xu Zhang,Zhen Zhou
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (47) 被引量:89
标识
DOI:10.1002/adfm.202208418
摘要

Abstract Massive efforts have been made to develop efficient electrocatalysts for green hydrogen production. The introduction of machine learning (ML) has brought new opportunities to the design of electrocatalysts. However, current ML studies have shown that the efficiency and accuracy of this method in electrocatalyst development are severely hindered by two major problems, high computational cost paid for electronic or geometrical structures with high accuracy, and large errors resulted from those easily accessible and relatively simple physical and chemical properties with lower level of accuracy. Here, a universal ML framework is proposed that achieves local structure optimization by using local machine learning potential (MLP) to efficiently obtain accurate structure descriptors, and by combining simple physical properties with graph convolutional neural networks, 43 high‐performance alloys are successfully screened as potential hydrogen evolution reaction electrocatalysts from 2973 candidates. More importantly, part of the best candidates identified from this framework have been verified in experiments, and one of them (AgPd) is systematically investigated by ab initio calculations under realistic electrocatalytic environments to further demonstrate the accuracy. More significantly, the computational efficiency and accuracy can be compromised with this local MLP optimized structural descriptor as the input, and a new paradigm could be established in designing high‐performance electrocatalysts.
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