Coordination-Engineered Double-Atom Catalysts with Inverse Sandwich Structures for CO 2 Reduction: A Combined DFT and Machine Learning Study

催化作用 密度泛函理论 选择性 反向 钥匙(锁) 还原(数学) 计算机科学 人工智能 吸附 化学 机器学习 反问题 纳米技术 材料科学 复杂系统 协议(科学) 生物系统 选择性催化还原 工程类 反应条件 吞吐量 实验数据
作者
Jingnan Su,Zhiheng Ji,Dan Yu Jiang,Yinghe Zhao,Fengyu Li
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (48): 12445-12452 被引量:6
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.5c02820
摘要

Coordination engineering provides a promising route to enhance the activity and selectivity of electrocatalysts for CO2 reduction reaction (CO2RR). Here, we established a density functional theory (DFT)–machine learning (ML) framework to accelerate the discovery of Cu-based double-atom catalysts (DACs) with inverse sandwich structures. A four-step screening protocol (stability → CO2 adsorption → selectivity → activity) identified 18 candidates among 162 structures, all exceeding the performance of Cu(111) and Cu–N4, highlighting the benefits of coordination-tuned geometries. We further developed an interpretable XGBoost model based on five key descriptors to predict catalytic activity. Applying this model to 162 Ag-based and 837 Cu-based DACs with mixed C/N/B coordination yielded 9 and 153 promising candidates, respectively. DFT validation of selected candidates confirmed the model’s reliability. This study highlights the potential of coordination-engineered DACs for efficient CO2RR and demonstrates a robust, transferable DFT–ML strategy for accelerating catalyst discovery.
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