AI-driven design of multiprincipal element alloys for optimal water splitting

要素(刑法) 材料科学 政治学 法学
作者
Jihoon Kim,Dong Won Kim,Jong Hui Choi,William A. Goddard,Jeung Ku Kang
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (28)
标识
DOI:10.1073/pnas.2504226122
摘要

Water splitting for hydrogen production is essential in advancing the hydrogen economy. Multiprincipal element alloys offer promising opportunities for optimizing this process, yet their vast compositional space and the presence of local minima pose significant challenges for experimental and AI-driven exploration. To overcome these challenges, an AI framework is developed by integrating Gaussian Process Regression with a configuration entropy–based acquisition function for screening and a design of experiments (DoE) for data-efficient overpotential mapping. Through Bayesian optimization across 16.2 million chemical compositions, this entropy-screened and DoE dataset–trained AI identifies Fe 12 Co 28 Ni 33 Mo 17 Pd 5 Pt 5 as the best composition for water splitting within its search space. The alloy exhibits ultralow overpotentials of 24 mV for hydrogen evolution and 204 mV for oxygen evolution at 10 mA·cm −2 with robust stability, surpassing state-of-the-art non-noble and noble metal electrocatalysts including Pt/C+IrO 2 , Pt 35 Ru 65 , and Ru–VO 2 —demonstrating remarkable performance beyond reach by contemporary experimental and AI frameworks.
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