High-Throughput Screening of Gas Sensor Materials for Decomposition Products of Eco-Friendly Insulation Medium by Machine Learning

吞吐量 分解 工艺工程 环境友好型 材料科学 计算机科学 合理设计 纳米技术 化学 工程类 电信 有机化学 生态学 生物 无线
作者
Xuhao Wan,Wei Yu,Anyang Wang,Xiting Wang,John Robertson,Zhaofu Zhang,Yuzheng Guo
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:8 (6): 2319-2330 被引量:34
标识
DOI:10.1021/acssensors.3c00376
摘要

Nowadays, trifluoromethyl sulfonyl fluoride (CF3SO2F) has shown great potential to replace SF6 as an eco-friendly insulation medium in the power industry. In this work, an effective and low-cost design strategy toward ideal gas sensors for the decomposed gas products of CF3SO2F was proposed. The strategy achieved high-throughput screening from a large candidate space based on first-principle calculation and machine learning (ML). The candidate space is made up of different transition metal-embedded graphic carbon nitrides (TM/g-C3N4) owing to their high surface area and subtle electronic structure. Four main noteworthy decomposition gases of CF3SO2F, namely, CF4, SO2, SO2F2, and HF, as well as their initial stable structure on TM/g-C3N4 were determined. The best-performing ML model was established and implemented to predict the interaction strength between gas products and TM/g-C3N4, thus determining the promising gas-sensing materials for target gases with the requirements of interaction strength, recovery time, sensitivity, and selectivity. Further analysis guarantees their stability and reveals the origin of excellent properties as a gas sensor. The high-throughput strategy opens a new avenue of rational and low-cost design principles of desirable gas-sensing materials in an interdisciplinary view.
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