Tuning ORR Activity of N-Doped Biphenylene-Based Single-Atom Catalysts via DFT and Machine Learning Synergy

过电位 Boosting(机器学习) 密度泛函理论 人工智能 催化作用 计算机科学 梯度升压 机器学习 化学 钥匙(锁) 氧还原 工作流程 极限(数学) 计算 还原(数学) 集成学习 对偶(语法数字) 可持续能源 过渡金属 电化学 电催化剂 氧还原反应 生化工程 纳米技术 贵金属 产量(工程) 操作员(生物学) 材料科学
作者
Yuejiao Yang,Xiaopei Hu,Yipin Lv,Rongwei Ma,Xinru Wei,Hyun Woo Kim,Jin Yong Lee,Baotao Kang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry C [American Chemical Society]
卷期号:130 (1): 82-92 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.jpcc.5c06757
摘要

The oxygen reduction reaction (ORR) is critical for sustainable energy solutions, yet noble metal catalysts’ costs limit their scalability. This study investigates transition metal-doped biphenylene network (TM-BPNs) single-atom catalysts (SACs) with tailored nitrogen doping as affordable alternatives. Using density functional theory (DFT), we designed 460 TM-BPNs variants with 3d metals (Sc–Zn), evaluating their structures, electronic properties, and dual stability. Most TM-BPNs displayed quasi-metallic or semiconducting traits and robust thermodynamic and electrochemical stability, indicating synthetic viability. ORR assessments showed high potential, with V5/CCCC-Ni achieving an ultralow overpotential of 0.13 V. A novel approach combining the Extreme Gradient Boosting Regressor (XGBR) and Sure Independence Screening and Sparsifying Operator (SISSO) was developed to predict ORR performance. XGBR, with an R2 of 0.96, identified key features such as the atomic number of TM (NA) and coordination environment influencing ΔG*OH, validated by SHAP analysis. SISSO then derived a 3D descriptor (R2 = 0.89) that elucidates physical properties governing catalysis, enhancing interpretability. This XGBR-SISSO synergy enables rapid screening and mechanistic insight, underscoring N-doping’s role in optimizing TM-BPNs. These findings provide a versatile framework for designing efficient, low-cost ORR electrocatalysts.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
呜呜哈哈发布了新的文献求助10
刚刚
帅哥吴克发布了新的文献求助10
1秒前
trial发布了新的文献求助10
1秒前
万事胜意发布了新的文献求助10
1秒前
2秒前
科目三应助edge采纳,获得10
3秒前
ER悦草发布了新的文献求助20
3秒前
在水一方应助Nl采纳,获得10
4秒前
情怀应助冷酷的芷蝶采纳,获得10
4秒前
FashionBoy应助冷静以亦采纳,获得10
4秒前
6秒前
Accept大吉发布了新的文献求助10
7秒前
彭于晏应助12112321312采纳,获得30
7秒前
莫非完成签到,获得积分10
7秒前
x1关注了科研通微信公众号
8秒前
FashionBoy应助waoller1采纳,获得10
9秒前
lily完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
顾矜应助帅哥吴克采纳,获得10
12秒前
所所应助edge采纳,获得10
13秒前
15秒前
hu发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
15秒前
16秒前
斯文败类应助ange采纳,获得10
16秒前
16秒前
天天快乐应助trial采纳,获得10
17秒前
呜呜哈哈完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
19秒前
19秒前
XCX完成签到 ,获得积分10
20秒前
20秒前
传奇3应助靓丽的发箍采纳,获得10
21秒前
edge发布了新的文献求助10
21秒前
小洪俊熙完成签到,获得积分10
21秒前
21秒前
玉意完成签到,获得积分10
21秒前
xBiomeOS发布了新的文献求助10
21秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Essentials of Carbohydrate Chemistry and Biochemistry, 4th Edition 800
Navigating Normative Orders. Interdisciplinary Perspectives 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
CLSI VET01S-2024 Performance Standards for Antimicrobial Disk and Dilution Susceptibility Tests for Bacteria Isolated From Animals (7th Ed) 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7763872
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9308193
关于积分的说明 20304307
捐赠科研通 7348576
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3314104
关于科研通互助平台的介绍 2463790
邀请新用户注册赠送积分活动 2328246