Machine learning-assisted crystal engineering of a zeolite

沸石 催化作用 硅酸铝 材料科学 结晶 脱氢 八角石 催化裂化 化学工程 化学 有机化学 工程类
作者
Xinyu Li,He Han,Nikolaos Evangelou,Noah J. Wichrowski,Peng Lü,Wenqian Xu,Son‐Jong Hwang,Wenyang Zhao,Chunshan Song,Xinwen Guo,Aditya Bhan,Ioannis G. Kevrekidis,Michael Tsapatsis
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:18
标识
DOI:10.1038/s41467-023-38738-5
摘要

Abstract It is shown that Machine Learning (ML) algorithms can usefully capture the effect of crystallization composition and conditions (inputs) on key microstructural characteristics (outputs) of faujasite type zeolites (structure types FAU, EMT, and their intergrowths), which are widely used zeolite catalysts and adsorbents. The utility of ML (in particular, Geometric Harmonics) toward learning input-output relationships of interest is demonstrated, and a comparison with Neural Networks and Gaussian Process Regression, as alternative approaches, is provided. Through ML, synthesis conditions were identified to enhance the Si/Al ratio of high purity FAU zeolite to the hitherto highest level (i.e., Si/Al = 3.5) achieved via direct (not seeded), and organic structure-directing-agent-free synthesis from sodium aluminosilicate sols. The analysis of the ML algorithms’ results offers the insight that reduced Na 2 O content is key to formulating FAU materials with high Si/Al ratio. An acid catalyst prepared by partial ion exchange of the high-Si/Al-ratio FAU (Si/Al = 3.5) exhibits improved proton reactivity (as well as specific activity, per unit mass of catalyst) in propane cracking and dehydrogenation compared to the catalyst prepared from the previously reported highest Si/Al ratio (Si/Al = 2.8).

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