В последние годы исследователи активно ищут альтернативы иридию — редкому и дорогому металлу, который используется в производстве чистого водорода. Теперь, благодаря новому инструменту на основе искусственного интеллекта, созданному в Северо-Западном университете, появилась возможность значительно упростить этот процесс. Этот инструмент, названный "мегабиблиотека", представляет собой первую в мире "фабрику" наноматериалов, содержащую миллионы уникально спроектированных наночастиц на одном крошечном чипе.
В сотрудничестве с исследователями из Института исследований Toyota, ученые использовали эту технологию для поиска коммерчески жизнеспособных катализаторов для производства водорода. Они смогли масштабировать новый материал и продемонстрировать его эффективность в устройстве. Мегабиблиотека позволяет быстро просматривать огромное количество комбинаций четырех доступных и недорогих металлов, известных своей каталитической активностью, чтобы найти новый материал с производительностью, сопоставимой с иридием.
В результате исследований был найден совершенно новый материал, который в лабораторных условиях показал результаты, сопоставимые или даже превосходящие коммерческие иридиевые катализаторы, но по значительно более низкой цене. Это открытие не только открывает путь к доступному зеленому водороду, но и подтверждает эффективность нового подхода с мегабиблиотеками, который может изменить методы поиска новых материалов в различных областях.
С переходом мира от ископаемых видов топлива к декарбонизации, доступный зеленый водород становится ключевым элементом. Для его производства ученые используют процесс электролиза воды, который разделяет молекулы воды на водород и кислород. Однако кислородная эволюция, необходимая для этого процесса, требует эффективных катализаторов, и именно здесь традиционные иридиевые катализаторы сталкиваются с проблемами из-за своей редкости и высокой стоимости.
Мегабиблиотеки позволяют ученым быстро находить оптимальные составы, что значительно ускоряет процесс открытия новых материалов. Каждый чип мегабиблиотеки содержит миллионы частиц, созданных из различных комбинаций рутения, кобальта, марганца и хрома. Роботизированный сканер оценивает, как хорошо эти частицы могут выполнять кислородную эволюцию, что позволяет выбрать наиболее перспективные кандидаты для дальнейших лабораторных испытаний.
Таким образом, новый подход к открытию материалов с использованием мегабиблиотек не только ускоряет процесс, но и закладывает основу для применения искусственного интеллекта и машинного обучения в разработке следующего поколения новых материалов.