Machine learning-guided discovery of stable low-work-function perovskite oxides for advanced catalysis and energy technologies

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作者
Lili Liang,Yujie Yang,Yutong Gong,Zhiqi Wang,Ke Li,Jianan Su,Jinming Wang,Junjie Wang
出处
期刊:Journal of Advanced Ceramics [Springer Science+Business Media]
卷期号:14 (10): 9221159-9221159
标识
DOI:10.26599/jac.2025.9221159
摘要

Perovskites with a low work function find extensive applications across various fields. However, the diverse nature of perovskite compounds presents challenges for conventional trial-and-error material screening methods. In this study, we introduced an effective target-driven approach that integrates machine learning (ML) and density functional theory (DFT) calculations. Initially, we explored an exhaustive chemical space encompassing ABO3-type single and A2BB'O6-type double perovskite oxides to identify stable compounds with work functions of AO-terminated (001) surfaces below 2.5 eV using a trained ML model. Subsequently, employing high-precision calculations, we successfully narrowed down the selection to 27 stable perovskite oxides from the initial pool of 23822 candidate materials. Two promising compounds, Ba2TiWO8 and Ba2FeMoO6, were then successfully synthesized and characterized experimentally. Furthermore, the first-time synthesized Ba2TiWO8 was found to exhibit catalytic activities for both NH3 synthesis and NH3 decomposition under mild conditions with Ru loading, suggesting its future application in catalysis. Moreover, as Li-ion battery electrode materials, Ba2FeMoO6 exhibited a long-cycle stability at a current density of 10 A g–1 (10,000 cycles), unlocking a wealth of possibilities for sustainable electrochemical applications of perovskites. Our work demonstrates the efficacy and efficiency of the ML-assisted method in establishing a reliable structure-property relationship for mapping work functions.
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