От выбросов до топлива. Искусственный интеллект открыл тысячи новых перспективных реакций на медном катализаторе
Искусственный интеллект показал почти 10 000 ранее неизвестных химических реакций на медном катализаторе, что, по мнению ученых, позволит эффективно превращать углекислый газ в метанол.
Международная группа ученых из Индийского института науки (IISc) совершила прорыв в области экологических технологий, объединив возможности искусственного интеллекта, машинного обучения и современных компьютерных симуляций.
Исследователи обнаружили 9389 ранее не известных химических реакций, происходящих на поверхности медного катализатора при превращении углекислого газа в ценные виды топлива и промышленные химикаты. Традиционные модели из-за ограниченности вычислительных мощностей обычно охватывают только базовый набор реакций, из-за чего сотни важных этапов оставались без внимания ученых. Однако новый комплексный подход позволил создать чрезвычайно детальную базу данных, устранившую разрыв между теоретическими расчетами и реальными экспериментальными результатами.
В ходе экспериментов выяснилось, что упрощенные модели давали ложные прогнозы: в частности они ошибочно определяли муравьиную кислоту вместо метанола как основной продукт реакции и существенно недооценивали объемы преобразования CO₂. Как только исследователи расширили сеть реакций почти до 10 000 элементов, прогнозные показатели выросли примерно в 40 раз, полностью совпав с лабораторными данными. Кроме того, расширенная модель помогла выявить совершенно новый и неожиданный механизм с участием водорода. Оказалось, что на определенных этапах молекулярный водород может передаваться промежуточным соединениям целостно без предварительного расщепления на отдельные атомы, что полностью противоречит классическим представлениям химической науки.
Полученные результаты имеют огромное значение не только для синтеза метанола, но и развития других промышленных процессов, таких как связывание азота или расщепление воды. Сочетание квантово-механического моделирования с инструментами искусственного интеллекта дает научным работникам инструмент для глубокого понимания сложных каталитических процессов. В будущем это может помочь в создании высокоэффективных катализаторов, способных превращать парниковые выбросы в полезные ресурсы, что станет важным шагом к устойчивому развитию и сохранению окружающей среды.