Prediction and interpretation of photocatalytic NO removal on g-C3N4-based catalysts using machine learning

光催化 Boosting(机器学习) 催化作用 体积流量 计算机科学 决策树 梯度升压 体积热力学 材料科学 机器学习 人工智能 环境科学 化学 热力学 物理 有机化学 随机森林
作者
Jing Li,Xinyan Liu,Hong Wang,Yanjuan Sun,Fan Dong
出处
期刊:Chinese Chemical Letters [Elsevier BV]
卷期号:35 (2): 108596-108596 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cclet.2023.108596
摘要

Predictive modeling of photocatalytic NO removal is highly desirable for efficient air pollution abatement. However, great challenges remain in precisely predicting photocatalytic performance and understanding interactions of diverse features in the catalytic systems. Herein, a dataset of g-C3N4-based catalysts with 255 data points was collected from peer-reviewed publications and machine learning (ML) model was proposed to predict the NO removal rate. The result shows that the Gradient Boosting Decision Tree (GBDT) demonstrated the greatest prediction accuracy with R2 of 0.999 and 0.907 on the training and test data, respectively. The SHAP value and feature importance analysis revealed that the empirical categories for NO removal rate, in the order of importance, were catalyst characteristics > reaction process > preparation conditions. Moreover, the partial dependence plots broke the ML black box to further quantify the marginal contributions of the input features (e.g., doping ratio, flow rate, and pore volume) to the model output outcomes. This ML approach presents a pure data-driven, interpretable framework, which provides new insights into the influence of catalyst characteristics, reaction process, and preparation conditions on NO removal.
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