A comprehensive transformer-based approach for high-accuracy gas adsorption predictions in metal-organic frameworks

过度拟合 金属有机骨架 吸附 代表(政治) 材料科学 生物系统 计算机科学 工艺工程 机器学习 人工神经网络 化学 工程类 有机化学 政治学 法学 生物 政治
作者
Jingqi Wang,Jiapeng Liu,Hongshuai Wang,Musen Zhou,Guolin Ke,Linfeng Zhang,Jianzhong Wu,Zhifeng Gao,Diannan Lu
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41467-024-46276-x
摘要

Abstract Gas separation is crucial for industrial production and environmental protection, with metal-organic frameworks (MOFs) offering a promising solution due to their tunable structural properties and chemical compositions. Traditional simulation approaches, such as molecular dynamics, are complex and computationally demanding. Although feature engineering-based machine learning methods perform better, they are susceptible to overfitting because of limited labeled data. Furthermore, these methods are typically designed for single tasks, such as predicting gas adsorption capacity under specific conditions, which restricts the utilization of comprehensive datasets including all adsorption capacities. To address these challenges, we propose Uni-MOF, an innovative framework for large-scale, three-dimensional MOF representation learning, designed for multi-purpose gas prediction. Specifically, Uni-MOF serves as a versatile gas adsorption estimator for MOF materials, employing pure three-dimensional representations learned from over 631,000 collected MOF and COF structures. Our experimental results show that Uni-MOF can automatically extract structural representations and predict adsorption capacities under various operating conditions using a single model. For simulated data, Uni-MOF exhibits remarkably high predictive accuracy across all datasets. Additionally, the values predicted by Uni-MOF correspond with the outcomes of adsorption experiments. Furthermore, Uni-MOF demonstrates considerable potential for broad applicability in predicting a wide array of other properties.
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