AI助力！我國科學(xué)家研究催化理論獲重大突破

新華社合肥11月22日電（記者徐海濤、戴威）11月22日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李微雪教授課題組在《科學(xué)》雜志發(fā)表一項催化領(lǐng)域的突破性研究成果，通過揭示負載型金屬催化劑的“金屬-載體相互作用”本質(zhì)，展示AI在催化科學(xué)研究中的巨大潛力。

催化研究中的一個重大科學(xué)挑戰(zhàn)是調(diào)控“金屬-載體相互作用”來提高催化性能，然而，傳統(tǒng)的實驗研究方法難以洞察這一復(fù)雜問題的本質(zhì)并定量預(yù)測相關(guān)現(xiàn)象。

在本次研究中，李微雪團隊使用AI技術(shù)解決了這一困擾科學(xué)界近四十年的難題?；诙嗄攴e累，他們匯總多篇文獻中的大量實驗數(shù)據(jù)，通過可解釋性AI算法，從材料的基本性質(zhì)出發(fā)，經(jīng)過迭代式的數(shù)學(xué)操作構(gòu)建了多達300億個表達式，進而利用壓縮感知算法，結(jié)合領(lǐng)域知識和理論推導(dǎo)，為“金屬-載體相互作用”建立了物理清晰、數(shù)值準確的控制方程。這一方程突破性地包含了“金屬-金屬相互作用”這一關(guān)鍵新變量，揭示了該變量對載體效應(yīng)的調(diào)控作用，首次完整揭示了“金屬-載體相互作用”的本質(zhì)。

據(jù)了解，該理論有效地遷移到其他催化體系中，包括金屬單原子催化劑和氧化物薄膜催化劑，展示了極高的普適性。此外，該理論成功地解決了氧化物載體在高溫還原條件下包覆金屬催化劑的難題。研究團隊提出了“強金屬-金屬作用原理性判據(jù)”，預(yù)測了包覆現(xiàn)象的發(fā)生條件，不僅解釋了迄今為止幾乎所有觀測到的包覆現(xiàn)象，還對未來研究方向作出了預(yù)測和指導(dǎo)。

中國科學(xué)院院士李亞棟認為，該項成果解決了多相催化研究中的一個重大基礎(chǔ)科學(xué)難題，對高效負載型催化劑的理性設(shè)計極具指導(dǎo)價值。李微雪教授表示，該成果有望加快新催化材料和新催化反應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，推動能源、環(huán)境和材料的綠色升級，助力經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。

研究人員在該研究中創(chuàng)新性地利用可解釋性人工智能算法從實驗數(shù)據(jù)中提煉出數(shù)學(xué)模型和科學(xué)原理，解決了實際科研中的重大問題，為推動人工智能技術(shù)與科學(xué)研究的深度融合提供了全新視角。