Prediction of the Cu oxidation state from EELS and XAS spectra using supervised machine learning

X射线吸收光谱法 谱线 价(化学) 吸收光谱法 光谱学 化学 分析化学(期刊) 材料科学 光学 物理 天文 色谱法 量子力学 有机化学
作者
Samuel P. Gleason,Deyu Lu,Jim Ciston
出处
期刊:npj computational materials [Springer Nature]
卷期号:10 (1) 被引量:14
标识
DOI:10.1038/s41524-024-01408-1
摘要

Abstract Electron energy loss spectroscopy (EELS) and X-ray absorption spectroscopy (XAS) provide detailed information about bonding, distributions and locations of atoms, and their coordination numbers and oxidation states. However, analysis of XAS/EELS data often relies on matching an unknown experimental sample to a series of simulated or experimental standard samples. This limits analysis throughput and the ability to extract quantitative information from a sample. In this work, we have trained a random forest model capable of predicting the oxidation state of copper based on its L-edge spectrum. Our model attains an R 2 score of 0.85 and a root mean square error of 0.24 on simulated data. It has also successfully predicted experimental L-edge EELS spectra taken in this work and XAS spectra extracted from the literature. We further demonstrate the utility of this model by predicting simulated and experimental spectra of mixed valence samples generated by this work. This model can be integrated into a real-time EELS/XAS analysis pipeline on mixtures of copper-containing materials of unknown composition and oxidation state. By expanding the training data, this methodology can be extended to data-driven spectral analysis of a broad range of materials.

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