CC会(x)对能源需求得寻求可持箋、清z和高效率的能源生来重要。电(sh)解水是一U高效的可持l生成氢气的途径Q被认ؓ(f)是未来可再生能源生、储存和使用的有效方法。Oxygen evolution reactionQOERQ作为电(sh)解水的阴极反应是提高?sh)解制氢的关键反应。目前单原子催化剂因其具有百分百利用率，均一性和选择性被认ؓ(f)是最有效的OER催化剂，因此Q制备稳定的高催化效率单原子催化剂具有重要意义。然而，׃对不同金属单原子的Ş成机理，催化性能{问题的探究不Q简单及(qing)低成本制备稳定的单原子催化剂成ؓ(f)当前催化领域的重大挑战?br />
马里兰大学李腾教授课题组提出?jin)一U基于第一性原理计和拓扑l构机器学习(fn)的单原子催化剂设计方案。该Ҏ(gu)不仅为理性选择q制备过渡金属元素单原子催化剂提供了(jin)理论指导Q还对单原子催化剂性能评估的速度比单U通过 DFT计算?3万倍。这U超高效的设计方案得对所有过渡金属单原子的电(sh)催化zL进行全面预和评估成ؓ(f)可能Q从而ؓ(f)单原子催化剂的设计提供了(jin)前所未有的理性指对{相兛_作以“Machine learning accelerated prediction of overpotential of oxygen evolution reaction of single atom catalysts”ؓ(f)题，在线发表于《iScience》，q被选ؓ(f)2021q?月䆾的期刊封面?br />
I 金属单原子的OER催化性能
该研I团队利用DFTҎ(gu)计算?5U金属原子分别在单空位和双空位缺陷处的OER性能。根据图1A的OER反应q程计算?jin)反应中间体QOQOHQ和OOH在金属上的吸附能Qƈ计算其过?sh)势Q根据过?sh)势的大判断其催化性能Q图1B-EQ?br />
? 15U金属原子分别在单空位和双空位缺陷处的OER催化q电(sh)?
II Z拓扑l构的机器学?fn)方?/strong>
Z(jin)克服DFTҎ(gu)“计周期长”、“占用计资源巨大”的问题Q李腾教授课题组创新性地提出?jin)一U基于拓扑结构机器学?fn)的OER催化zL预方法。本Ҏ(gu)主要Z拓扑l构学习(fn)法Q通过分析金属原子周围的拓扑结构，提取节点信息和金属原子与基底的链接信息ƈl合量的（单空位结构和双空位结构金属原?3个）(j)DFT计算数据Q训l预模型，q其余过渡金属在不同l构_底的OER催化性能 Q图2Q?br />
? Z拓扑l构的机器学?fn)方?
III Z拓扑l构的机器学?fn)方法预单原子OER催化性能
本文Z拓扑l构的机器学?fn)方法不仅将金属原子周围l构信息作ؓ(f)输入数据Q还引入与OER催化性能相关的五个参敎ͼ金属元素的质量，半径Qd轨道?sh)子书，电(sh)负性，?sh)子亲和能和W一늦能，?BQ对模型q行预测Q预误差精度ؓ(f)6.49 % Q图3AQ。本研究提出的基于机器学?fn)方法的单原子催化剂预测?gu)Q能够大q地提高催化剂的{选速度。具体地Q在 40 核心(j)的超上q行 DFT 计算Q每U元素的 ORR 催化zL确定需要大?6个小时。而基于机器学?fn)的?gu)包括训练和预共14U元素ȝ时约40U，q且可在家用W记本电(sh)脑上q行。催化剂的筛选速率提高?jin)?130,000 倍（?CQ?br />
? Z拓扑l构的机器学?fn)方法加速金属OER催化性能的预?
IV单原子OER催化性能与元素属性的关系
Z(jin)更有效地选取单原子催化剂Q该研究团队提出?jin)一U火山型曲线描述Ҏ(gu)Qƈ所有的单原子催化剂?OER 催化zL进行表?Q图4b,cQ?br />
? 单原子催化性能与元素属性的火山型关p?
论文引用信息Q?/strong>
Machine learning-accelerated prediction of overpotential of oxygen evolution reaction of single-atom catalysts, iScience, Vol. 24, Issue 5, (2021) 102398.
作者简介：(x)
马里兰大学李腾教授团队（http://lit.umd.edu/Q专注于高性能可持l材料、Y材料、低l纳cx料、原子尺度催化剂、能源存储材料等的设计与开发，相关研究成果发表在Nature, Science, Nature Review Materials, Nature Nanotechnology, Nature Sustainability, PNAS, PRL, JACS, Advanced Materials, Materials Today, Advanced Energy Materials {国际顶U期刊，q于2018q荣莯誉ؓ(f)“国际发明创造奥斯卡”的R&D100大奖Q以?019q马里兰大学q度发明奖（物理U学领域Q。李腾教授现任马里兰大学先进可持l材料与技术实验室MQQExtreme Mechanics Letters副主~，荣获国际工程U学学会(x)青年U学家奖章（2016Q。李腾教授在2006q和哈佛(jng)大学锁志刚教授共同发起创建iMechanica.org,目前已经成ؓ(f)国际力学领域用户最多的|络资源q_?br />
李腾教授的微信视频号2020q??日开?Q微信视频号Q李腾教授）(j)Q旨在分享科研心(j)得，助力青年学者科研腾飞。每天发布的短视频受到广泛关注ƈ被媒体采访，q速成为微信视频号U研cd部大受?br />
李腾教授每周三、周六北京时间晚9点准时在微信视频L(fng)播。目前已l通过微信视频L(fng)播ؓ(f)过12?U研人员提供q货内容。他在视频号推出的【科研论文专安诊】系列直播节目，首创现场直播修改论文。在节目开办第一个月直播间d观超q?.2万，单场最高场?.2万，ȝ赞次数超q?5万，q速成为科研h员关注的热点直播?br />
加李腾教授微信，W一旉收到【科研腾飞专安诊】的最新直播信息?
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https://doi.org/10.1016/j.isci.2021.102398
