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?浙江師范大學(xué)，聯(lián)手全球材料化學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人物，第一單位發(fā)Nature Chemistry！

第一作者：李小波，Yu Che, Linjiang Chen

通訊作者：李小波，Linjiang Chen?,Andrew I. Cooper,Edward O. Pyzer-Knapp

通訊單位：浙江師范大學(xué)，英國(guó)伯明翰大學(xué)，IBM研究所，利物浦大學(xué)

李小波，浙江師范大學(xué)雙龍?zhí)仄附淌凇ｉL(zhǎng)期致力于光催化劑開(kāi)發(fā)及其在太陽(yáng)能到化學(xué)能源轉(zhuǎn)化研究。（信息來(lái)源：https://smxy.zjnu.edu.cn/2022/0329/c17198a432077/page.htm）

Linjiang Chen，英國(guó)伯明翰大學(xué)化學(xué)學(xué)院助理教授。

?浙江師范大學(xué)，聯(lián)手全球材料化學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人物，第一單位發(fā)Nature Chemistry！

Andrew I. Cooper，全球材料化學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人物、英國(guó)皇家學(xué)會(huì)院士、利物浦大學(xué)材料創(chuàng)新工場(chǎng)學(xué)術(shù)主任。

?浙江師范大學(xué)，聯(lián)手全球材料化學(xué)領(lǐng)域領(lǐng)軍人物，第一單位發(fā)Nature Chemistry！

Edward O. Pyzer-Knapp，IBM英國(guó)和愛(ài)爾蘭實(shí)驗(yàn)室研究創(chuàng)新的負(fù)責(zé)人，利物浦大學(xué)客座教授。

論文速覽

共軛有機(jī)光氧化還原催化劑（OPCs）能夠促進(jìn)廣泛的化學(xué)反應(yīng)。因?yàn)榇呋瘎┑幕钚匀Q于一系列復(fù)雜的相互關(guān)聯(lián)的屬性，目前從第一原理預(yù)測(cè)OPCs的催化活性還面臨挑戰(zhàn)。通常，通過(guò)設(shè)計(jì)和試錯(cuò)的混合方式發(fā)現(xiàn)有機(jī)光催化劑和其他催化系統(tǒng)。

本論文探討了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，用于有機(jī)光氧化還原催化劑（OPCs）的有目標(biāo)合成，以及金屬光氧化還原催化反應(yīng)的后續(xù)優(yōu)化。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)貝葉斯優(yōu)化策略結(jié)合分子描述符編碼關(guān)鍵物理屬性，從560個(gè)候選分子的虛擬庫(kù)中識(shí)別出有前景的OPCs。

這種方法僅探索了2.4%的可用催化劑配方空間（在4500種可能的反應(yīng)條件下，評(píng)估了107種），便發(fā)現(xiàn)了與銥（Ir）基催化劑相媲美的OPC配方。

圖文導(dǎo)讀

圖1：順序閉環(huán)貝葉斯優(yōu)化的工作流程。

圖2：560個(gè)候選CNPs的虛擬庫(kù)。

圖3：目標(biāo)合成CNPs用于OPC發(fā)現(xiàn)。

圖4：SHAP分析確定光催化劑活性的重要分子特征。

圖5：反應(yīng)條件優(yōu)化。

圖6：CNP-127活性與已構(gòu)建光氧化還原催化劑的比較。

總結(jié)展望

本研究通過(guò)貝葉斯優(yōu)化策略，有效地從大量候選分子中識(shí)別出了高性能的OPCs，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)88%的交叉偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)率，可以與Ir基催化劑相媲美。研究亮點(diǎn)包括：

1. 僅通過(guò)探索一小部分化學(xué)空間即發(fā)現(xiàn)高效OPCs。

2. SHAP分析為理解模型預(yù)測(cè)提供了全局和局部的解釋，識(shí)別了影響CNPs光催化活性的重要分子特征。

3. 貝葉斯優(yōu)化是發(fā)現(xiàn)金屬光催化劑配方的有前景的方法，尤其適用于存在巨大搜索空間和有限先驗(yàn)知識(shí)的研究挑戰(zhàn)。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Sequential closed-loop Bayesian optimization as a guide for organic molecular metallophotocatalyst formulation discovery

期刊：Nature Chemistry

DOI：10.1038/s41557-024-01546-5

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