Predicted Optimal Bifunctional Electrocatalysts for the Hydrogen Evolution Reaction and the Oxygen Evolution Reaction Using Chalcogenide Heterostructures Based on Machine Learning Analysis of in Silico Quantum Mechanics Based High Throughput Screening

过电位 析氧 分解水 范德瓦尔斯力 硫系化合物 材料科学 异质结 密度泛函理论 电催化剂 纳米技术 光催化 物理化学 物理 化学 量子力学 光电子学 催化作用 生物化学 电极 分子 电化学
作者
Lei Ge,Hao Yuan,Yuxiang Min,Li Li,Shiqian Chen,Lai Xu,William A. Goddard
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:11 (3): 869-876 被引量:74
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b03875
摘要

Two-dimensional van der Waals heterostructure materials, particularly transition metal dichalcogenides (TMDC), have proved to be excellent photoabsorbers for solar radiation, but performance for such electrocatalysis processes as water splitting to form H2 and O2 is not adequate. We propose that dramatically improved performance may be achieved by combining two independent TMDC while optimizing such descriptors as rotational angle, bond length, distance between layers, and the ratio of the bandgaps of two component materials. In this paper we apply the least absolute shrinkage and selection operator (LASSO) process of artificial intelligence incorporating these descriptors together with quantum mechanics (density functional theory) to predict novel structures with predicted superior performance. Our predicted best system is MoTe2/WTe2 with a rotation of 300°, which is predicted to have an overpotential of 0.03 V for HER and 0.17 V for OER, dramatically improved over current electrocatalysts for water splitting.
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