Machine-Learning-Assisted Material Discovery of Pyridine-Based Polymers for Efficient Removal of ReO4–

吸附 卤素 表面改性 吡啶 聚合物 密度泛函理论 溶剂 选择性 化学改性 卤键 化学 化学工程 组合化学 材料科学 有机化学 高分子化学 物理化学 计算化学 工程类 催化作用 烷基
作者
Ling Yuan,Haolin Guo,Qinyang Li,Han Zhang,Mujian Xu,Weiming Zhang,Yanyang Zhang,Ming Hua,Lu Lv,Bingcai Pan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
被引量:10
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c03686
摘要

Efficient capture of 99TcO4– is the focus in nuclear waste management. For laboratory operation, ReO4– is used as a nonradioactive alternative to 99TcO4– to develop high-performance adsorbents for the treatment. However, the traditional design of new adsorbents is primarily driven by the chemical intuition of scientists and experimental methods, which are inefficient. Herein, a machine learning (ML)-assisted material genome approach (MGA) is proposed to precisely design high-efficiency adsorbents. ML models were developed to accurately predict adsorption capacity from adsorbent structures and solvent environment, thus predicting and screening the 2450 virtual pyridine polymers obtained by MGA, and it was found that halogen functionalization can enhance its adsorption efficiency. Two halogenated functional pyridine polymers (F–C–CTF and Cl–C–CTF) predicted by this approach were synthesized that exhibited excellent acid/alkali resistance and selectivity for ReO4–. The adsorption capacity reached 940.13 (F–C–CTF) and 732.74 mg g–1 (Cl–C–CTF), which were better than those of most reported adsorbents. The adsorption mechanism is comprehensively elucidated by experiment and density functional theory calculation, showing that halogen functionalization can form halogen-bonding interactions with 99TcO4–, which further justified the theoretical plausibility of the screening results. Our findings demonstrate that ML-assisted MGA represents a paradigm shift for next-generation adsorbent design.
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