新型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架推動(dòng)沸石的大規(guī)模模擬

查理大學(xué)理學(xué)院的 Grajciar 博士和 Heard 博士組成的納米材料建模小組開(kāi)發(fā)并應(yīng)用了一系列計(jì)算方法來(lái)研究具有巨大工業(yè)潛力的材料以及現(xiàn)有的工業(yè)開(kāi)發(fā)材料，目的是對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。

他們建立了一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的新型框架，可以在操作條件下對(duì)此類(lèi)材料進(jìn)行全面研究。他們的研究成果已發(fā)表在《自然通訊》上。

沸石是一類(lèi)具有巨大結(jié)構(gòu)和化學(xué)多樣性的微孔鋁硅酸鹽，它源于共價(jià)連接的二氧化硅/氧化鋁四面體的無(wú)數(shù)穩(wěn)定的三維排列。這使得沸石成為一種用途廣泛的材料，其應(yīng)用范圍從熱能存儲(chǔ)到氣體分離和水凈化，但主要用于異相催化。

然而，到目前為止，對(duì)其巨大的結(jié)構(gòu)和化學(xué)多樣性的全面探索主要基于反復(fù)試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法和簡(jiǎn)化的理論模型。

隨著機(jī)器學(xué)習(xí)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)模擬的速度大大加快，采用更為現(xiàn)實(shí)和復(fù)雜的(催化)材料模型的機(jī)會(huì)之窗也隨之打開(kāi)。這就是 Grajciar 博士和 Heard 博士團(tuán)隊(duì)所利用的，他們開(kāi)發(fā)了一種基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模型，該模型能夠?qū)⒏黝?lèi)材料的原子模擬速度提高幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

特別是，他們重點(diǎn)研究了極其重要的質(zhì)子交換鋁硅酸鹽沸石，這是現(xiàn)有石化工藝的基石之一，以百萬(wàn)噸級(jí)規(guī)模生產(chǎn)，也是可持續(xù)化學(xué)新興應(yīng)用的主要候選材料之一。

重要的是，除了加速原子模擬之外，機(jī)器學(xué)習(xí)模型還能夠發(fā)現(xiàn)這些材料中迄今為止未見(jiàn)過(guò)的化學(xué)過(guò)程和物種。此外，還舉例說(shuō)明了如何結(jié)合其他先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)工具來(lái)擴(kuò)展這些基線(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以進(jìn)一步提高準(zhǔn)確性和采樣效率。

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