A Foundational Model for Reaction Networks on Metal Surfaces

催化作用 化学 计算机科学 生化工程 有机化学 工程类
作者
Santiago Morandi,Oliver Loveday,Tim Renningholtz,Sergio Pablo‐García,Rodrigo A. Vargas–Hernández,Ranga Rohit Seemakurthi,Pol Sanz Berman,Rodrigo García‐Muelas,Alán Aspuru-Guzik,Núria López
标识
DOI:10.26434/chemrxiv-2024-bfv3d
摘要

Process optimization in heterogeneous catalysis relies on the control of competing reactions. The reaction mechanisms based on chemical knowledge can be evaluated via density functional theory unveiling experimental catalytic trends. However, this approach finds its limits when applied to complex reaction networks or large molecules, disregarding alternative paths and rare events. Here we present CARE, a foundational model for catalysis on metal surfaces with a rule-based reaction network generator for CxHyOz species built with GAME-Net-UQ, a graph neural network with uncertainty quantification targeting thermodynamic and kinetic parameters, coupled to microkinetic modeling. CARE reproduces experimental activity trends in methanol decomposition, selectivity to C3 products in electrochemical reduction processes, and models the Fischer-Tropsch synthesis to C6 products, including 370k reactions, breaking the current limits of network exploration. This comprehensive model opens the path towards the exploration of thermal and electrocatalytic surface processes previously not amenable to atomistic simulations.

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