Machine Learning-Driven Global Optimization of Single-Atom Catalyst-Mediated Advanced Oxidation Processes

催化作用 Atom(片上系统) 化学工程 计算机科学 化学 环境科学 工艺工程 工程类 并行计算 有机化学
作者
Wenjie Gao,Yongsheng Xu,Xianglin Chang,Xing Xu,Ning Li,Beibei Yan,Guanyi Chen,Xiaoguang Duan
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (44): 24044-24054 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c07237
摘要

Single-atom catalysts (SACs) are state-of-the-art for advanced oxidation processes (AOPs) for purifying water contaminants. While previous studies have explored individual influencing factors, such as the central metal species and coordination environment, reaction conditions, or contaminant molecular properties, the combined effects of these variables on AOP kinetics and thermodynamics remain poorly understood. Here, we propose a machine learning model based on a global optimization strategy that leverages a random forest model to predict pollutant degradation performance with high accuracy. The d electron number of the central metal and the average electronegativity of the coordination environment are identified as key descriptors in determining AOP performances. Theoretical calculations, including charge density distribution, adsorption energy, projected density of states, and crystal orbital Hamilton population metrics, reveal strong linear relationships between these descriptors and peroxymonosulfate activation energy. Global optimization analysis reveals that the optimal catalyst configuration requires metals possessing 5-7 d electrons, combined with coordination environments with average electronegativity values below 3.04. In addition, contaminant characteristics significantly affect degradation performances. Specifically, faster pollutant degradation is realized for organics with energy gaps below 3.92 eV and dipole moments greater than 7 D. This study offers a machine learning-guided pathway for intelligent design of SACs for effective AOP-based purification systems.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
科研通AI2S应助迪迪采纳,获得10
刚刚
科研通AI6应助mengyao采纳,获得10
1秒前
111发布了新的文献求助10
1秒前
许可证发布了新的文献求助10
1秒前
1秒前
2秒前
端庄千山发布了新的文献求助30
2秒前
Jasper应助简单点吧采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
katana完成签到,获得积分10
3秒前
蒋雪静发布了新的文献求助10
3秒前
Ma_Cong完成签到,获得积分10
3秒前
3秒前
豆子完成签到,获得积分10
4秒前
情怀应助豆豆突采纳,获得10
5秒前
wwb发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
Lucas应助源西瓜采纳,获得30
5秒前
英俊的铭应助zoe采纳,获得10
6秒前
lzx发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
6秒前
不想起床发布了新的文献求助10
7秒前
CHESSE发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
宁祚完成签到,获得积分10
7秒前
一一发布了新的文献求助10
8秒前
俭朴晓凡发布了新的文献求助10
8秒前
冰糖橙完成签到 ,获得积分10
8秒前
平心定气完成签到 ,获得积分10
8秒前
8秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
10秒前
ruanruan完成签到,获得积分10
11秒前
11秒前
脑洞疼应助坚强的缘分采纳,获得10
11秒前
小兑发布了新的文献求助10
12秒前
G_gang关注了科研通微信公众号
12秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Binary Alloy Phase Diagrams, 2nd Edition 8000
Encyclopedia of Reproduction Third Edition 3000
Comprehensive Methanol Science Production, Applications, and Emerging Technologies 2000
From Victimization to Aggression 1000
Exosomes Pipeline Insight, 2025 500
Red Book: 2024–2027 Report of the Committee on Infectious Diseases 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5649113
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4777225
关于积分的说明 15046529
捐赠科研通 4807973
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2571189
邀请新用户注册赠送积分活动 1527771
关于科研通互助平台的介绍 1486697