Machine learning for non-additive intermolecular potentials: quantum chemistry to first-principles predictions

量子化学 分子间力 量子 计算化学 量子化学 化学 化学物理 纳米技术 材料科学 物理 量子力学 有机化学 分子 超分子化学
作者
R. Graham,Richard J. Wheatley
出处
期刊:Chemical Communications [The Royal Society of Chemistry]
卷期号:58 (49): 6898-6901 被引量:8
标识
DOI:10.1039/d2cc01820a
摘要

Prediction of thermophysical properties from molecular principles requires accurate potential energy surfaces (PES). We present a widely-applicable method to produce first-principles PES from quantum chemistry calculations. Our approach accurately interpolates three-body non-additive interaction data, using the machine learning technique, Gaussian Processes (GP). The GP approach needs no bespoke modification when the number or type of molecules is changed. Our method produces highly accurate interpolation from significantly fewer training points than typical approaches, meaning ab initio calculations can be performed at higher accuracy. As an exemplar we compute the PES for all three-body cross interactions for CO2-Ar mixtures. From these we calculate the CO2-Ar virial coefficients up to 5th order. The resulting virial equation of state (EoS) is convergent for densities up to the critical density. Where convergent, the EoS makes accurate first-principles predictions for a range of thermophysical properties for CO2-Ar mixtures, including the compressibility factor, speed of sound and Joule-Thomson coefficient. Our method has great potential to make wide-ranging first-principles predictions for mixtures of comparably sized molecules. Such predictions can replace the need for expensive, laborious and repetitive experiments and inform the continuum models required for applications.

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