机器学习加速高熵合金纳米催化剂筛选:动力学蒙特卡洛为析氢反应选出更多元配方
研究人员在arXiv发布框架,结合机器学习能量预测、热力学蒙特卡洛、贝叶斯优化与动力学蒙特卡洛模拟,对9元素空间中85原子高熵合金纳米颗粒进行析氢反应筛选,发现基于吸附能的静态优化偏向铂富集少组元配方,而动力学评价更青睐成分多元的组成,为催化剂理性设计提供新范式。
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研究人员在arXiv发布框架,结合机器学习能量预测、热力学蒙特卡洛、贝叶斯优化与动力学蒙特卡洛模拟,对9元素空间中85原子高熵合金纳米颗粒进行析氢反应筛选,发现基于吸附能的静态优化偏向铂富集少组元配方,而动力学评价更青睐成分多元的组成,为催化剂理性设计提供新范式。
9月23日《自然·材料》刊文:北京航空航天大学与南洋理工大学团队提出'吸附-转化'合成策略,可制备Fe、Co、Ni、Cu、Pd基超薄金属间化合物和高熵合金单晶,解决其热力学不稳定与动力学不可控难题。
中国科研团队在arXiv发布综述,系统梳理机器学习方法在高熵合金(HEA)催化剂设计中的应用:通过预测模型与代理模型解析成分-结构-性能关系,结合大语言模型构建集成设计工作流,可显著降低传统试错成本。高熵催化剂因组分空间巨大,正是ML方法最具优势的材料体系之一。
中国科研团队在AZoM发表的研究显示,水导激光(WJGL)技术加工难熔高熵合金可将热影响区宽度控制在298至702纳米,远优于常规纳秒/飞秒激光加工的数十微米量级,且加工沟槽剖面垂直、内壁光滑,为航空航天、核电等极端工况关键部件的高精制造提供了新方案。
IIT甘地纳加尔研究者在npj Computational Materials发表计算筛选研究,将MBene二维材料与高熵合金理念结合,18种候选组分中3种五金属高熵MBene可在极低能耗下将CO2还原为一氧化碳,且无需额外电势驱动。CO是连接碳捕集与燃料、工业化学品合成的关键中间体。
日本研究团队(熊本大学Mine等与Edalati团队)利用高压扭转(HPT)将FCC结构的Al0.1CoCrFeNi与BCC结构的TiZrHfNbTa两种高熵合金复合,构建出层厚低至61nm的BCC/FCC纳米层片混合结构。材料实现2.4GPa抗拉强度、4.0GPa最大弯曲强度与740Hv硬度并保留部分塑性,性能超越现有纳米结构高熵合金,为打破金属强度-塑性权衡提供了新路线。
8月26日《自然·材料》在线发表研究,利用原子电子断层扫描(AET)在三维原子尺度直接观测高熵合金(HEA)中晶体的形核与长大过程,揭示多主元固溶体形核阶段原子尺度结构演化的细节。该工作为理解高熵合金强韧化机制与调控凝固/再结晶工艺提供原子级观测依据。
俄罗斯研究团队开发名为DOSSIER的化学语言模型,通过跨模态知识蒸馏从通用机器学习原子间势预训练编码器,可直接从元素化学组成预测电子态密度(DOS),无需晶体结构;在Mat2Spec基准上误差3.76 states/eV,接近最优结构感知模型的3.64,并成功筛选出已知氧还原电催化剂的高排名候选。
中国研究团队通过极端混合策略将13种阳离子同时嵌入钙钛晶格(A位8种、B位5种),结合激光可控合成技术,使高熵钙钛矿在600°C高温下实现9.3GHz超宽有效吸收带宽,超越此前所有报道的氧化物吸波材料,为高温电磁防护提供新材料范式。
新南威尔士大学UNSW团队在Materials Today Advances预印本中报告,对约9200万种成分复杂材料(含高熵合金与高熵陶瓷)进行中子输运计算筛选,发现元素混合可产生中子屏蔽鸡尾酒效应,少数混合物性能超过最强单元素;对聚变中子谱,高熵陶瓷因原子堆积密度更高屏蔽优于高熵合金。
研究人员开发物理信息机器学习框架,结合分位数梯度提升与Born稳定性约束,预测难熔复杂成分合金(CCA)的八项力学性能(体模量、剪切模量、硬度、弹性常数等),使用393个DFT数据点训练,为约10^15种可能组合的实验探索提供筛选工具。
研究人员提出AE-GCN-LSTM代理模型框架,利用多头自编码器和图卷积网络预测AlCrFeNi高熵合金中BCC/FCC多相微结构演化,时间跨度达300万模拟步。在未见过的条件下无需重训练即可泛化,计算效率较传统相场模拟大幅提升。