Spectroscopy-Guided Deep Learning Predicts Solid–Liquid Surface Adsorbate Properties in Unseen Solvents

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作者
Wenjie Du,Fenfen Ma,Baicheng Zhang,Jiahui Zhang,Di Wu,Edward Sharman,Jun Jiang,Yang Wang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 811-823 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.3c10921
摘要

Accurately and rapidly acquiring the microscopic properties of a material is crucial for catalysis and electrochemistry. Characterization tools, such as spectroscopy, can be a valuable tool to infer these properties, and when combined with machine learning tools, they can theoretically achieve fast and accurate prediction results. However, on the path to practical applications, training a reliable machine learning model is faced with the challenge of uneven data distribution in a vast array of non-negligible solvent types. Herein, we employ a combination of the first-principles-based approach and data-driven model. Specifically, we utilize density functional theory (DFT) to calculate theoretical spectral data of CO–Ag adsorption in 23 different solvent systems as a data source. Subsequently, we propose a hierarchical knowledge extraction multiexpert neural network (HMNN) to bridge the knowledge gaps among different solvent systems. HMNN undergoes two training tiers: in tier I, it learns fundamental quantitative spectra–property relationships (QSPRs), and in tier II, it inherits the fundamental QSPR knowledge from previous steps through a dynamic integration of expert modules and subsequently captures the solvent differences. The results demonstrate HMNN's superiority in estimating a range of molecular adsorbate properties, with an error range of less than 0.008 eV for zero-shot predictions on unseen solvents. The findings underscore the usability, reliability, and convenience of HMNN and could pave the way for real-time access to microscopic properties by exploiting QSPR.
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