ИИ раскрывает скрытый химический короткий путь, который может превратить CO2 в топливо

Учёные из Индийского института науки (IISc), объединив машинное обучение с квантовыми компьютерными симуляциями, обнаружили 9389 ранее не учитывавшихся химических реакций, происходящих на медном катализаторе при превращении CO2 в топливо и промышленные химикаты. Результаты, опубликованные в Nature Communications, показали, что традиционные модели упускали важные реакционные пути, и позволили значительно улучшить прогнозирование конверсии CO2.

Поскольку полное моделирование всех возможных стадий методами квантовой механики требует огромных вычислительных ресурсов, исследователи сначала построили базу из 152 реакций и обучили модели машинного обучения оценивать энергетические барьеры для дополнительных реакций. Затем автоматизированные инструменты позволили проанализировать возможные превращения с участием 105 химических частиц на поверхности катализатора и расширить сеть с 152 до 9389 реакций. При меньшей сети модель ошибочно называла муравьиную кислоту основным продуктом вместо метанола и недооценивала конверсию CO2; расширенная сеть дала прогнозы, согласующиеся с экспериментами, правильно определила метанол и монооксид углерода как основные продукты и предсказала примерно в 40 раз более высокую конверсию CO2.

Помимо улучшения прогнозов, расширенная реакционная сеть выявила неожиданный механизм с участием водорода: на некоторых важных стадиях водород может переноситься к промежуточным соединениям напрямую как молекула H2, а не только через отдельные атомы. Это противоречит давнему допущению о том, как водород участвует в каталитических реакциях, и может помочь в разработке катализаторов, сильнее взаимодействующих с H2 и потенциально улучшающих пути получения метанола из CO2. Предложенный вычислительный подход также может найти применение в других процессах, включая восстановление CO2 с другими катализаторами, восстановление азота и разложение воды.