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机器学习辅助过渡金属磷化物电解水制氢催化剂的设计研究
1
作者
李宇明
徐砚文
+4 位作者
王焕焕
朱海若
朱梓翀
马丽娜
王雅君
《燃料化学学报(中英文)》
北大核心
2025年第6期895-905,共11页
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的一个重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的方向之一。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。非贵金属...
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的一个重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的方向之一。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。非贵金属基的过渡金属磷化物(TMPs)催化剂由于价格低廉、制氢效率高,是最受研究人员关注的新型电解水非贵金属催化剂之一。然而,高活性TMPs催化剂的实验筛选既耗时又具有挑战性。本文通过机器学习结合大数据分析,探究了支持向量回归(SVR)、K近邻(KNN)、随机森林回归(RF)和极端梯度提升(XGBoost)四种机器学习算法对电解水析氢反应性能的预测能力。在机器学习过程中,对文献报道的过渡金属磷化物催化剂上的电解水析氢反应性能进行分析。通过RMSE和R^(2)评估四种算法后发现RF算法对电解水析氢中的过电位具有优异的预测能力,而XGBoost算法则对Tafel斜率具有较好的预测能力。结果表明,在催化剂组成方面,Ni、Co和Fe元素含量对催化性能影响最大,因此有望通过精细调整,设计并制备出高活性的催化剂。
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关键词
电解水
氢能
机器学习
过渡金属磷化物
在线阅读
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职称材料
镍基磷化物的合成及其在电解水制氢中的应用
被引量：
1
2
作者
李宇明
徐砚文
+2 位作者
刘红宇
马丽娜
王雅君
《化工学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期4385-4402,共18页
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的重要研究方向。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。镍基过渡...
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的重要研究方向。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。镍基过渡金属磷化物是一类重要的非贵金属电解水催化剂,其中磷空穴(P_(v))的存在可以促进H*的解吸,富集催化剂上的电子。同时磷的存在能够降低Ni—H键能,优化析氢活性。这类催化剂不仅在强碱性溶液中,而且在强酸性和中性介质中均具有优异的性能。以镍基磷化物催化剂为基础,介绍了电解水制氢原理及相关催化剂类型,并总结了镍基磷化物中镍、磷物种分别在电解水中的作用机制,可为后续高效镍基电解水催化剂的开发提供一定的理论指导。另一方面,根据镍基磷化物催化剂的制备方法,归纳了镍基磷化物催化剂的制备影响因素,并总结出调整其催化活性的基本策略,包括掺杂金属和非金属元素、制备多金属镍基磷化物以及构建由其他过渡金属磷化物组成的多组分异质结构等。最后讨论了镍基磷化物催化剂在电解水制氢过程中的研究进展,对提高镍基磷化物电解水制氢的催化效率和稳定性提出了一些建议。
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关键词
电解水
制氢
镍
磷化物
催化剂制备
反应机理
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职称材料
题名
机器学习辅助过渡金属磷化物电解水制氢催化剂的设计研究
1
作者
李宇明
徐砚文
王焕焕
朱海若
朱梓翀
马丽娜
王雅君
机构
中国
石油
大学(北京)重质油全国重点实验室
山东石油化工学院碳中和联合研究院
出处
《燃料化学学报(中英文)》
北大核心
2025年第6期895-905,共11页
基金
国家重点研发计划(2021YFB4000405)
国家自然科学基金(52270115,52236003,21777080)
碳中和联合研究院自主基金(CNIF20230208)资助。
文摘
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的一个重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的方向之一。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。非贵金属基的过渡金属磷化物(TMPs)催化剂由于价格低廉、制氢效率高,是最受研究人员关注的新型电解水非贵金属催化剂之一。然而,高活性TMPs催化剂的实验筛选既耗时又具有挑战性。本文通过机器学习结合大数据分析,探究了支持向量回归(SVR)、K近邻(KNN)、随机森林回归(RF)和极端梯度提升(XGBoost)四种机器学习算法对电解水析氢反应性能的预测能力。在机器学习过程中,对文献报道的过渡金属磷化物催化剂上的电解水析氢反应性能进行分析。通过RMSE和R^(2)评估四种算法后发现RF算法对电解水析氢中的过电位具有优异的预测能力,而XGBoost算法则对Tafel斜率具有较好的预测能力。结果表明,在催化剂组成方面,Ni、Co和Fe元素含量对催化性能影响最大,因此有望通过精细调整,设计并制备出高活性的催化剂。
关键词
电解水
氢能
机器学习
过渡金属磷化物
Keywords
water electrocatalysis
hydrogen evolution reaction
machine learning
transition metal phosphides
分类号
O646 [理学—物理化学]
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职称材料
题名
镍基磷化物的合成及其在电解水制氢中的应用
被引量：
1
2
作者
李宇明
徐砚文
刘红宇
马丽娜
王雅君
机构
中国
石油
大学(北京)
山东
石油化工
学院
出处
《化工学报》
EI
CSCD
北大核心
2024年第12期4385-4402,共18页
基金
重质油全国重点实验室自主项目
国家重点研发计划项目(2021YFB4000405,2019YFC1904500)
+1 种基金
国家自然科学基金项目(52270115,52236003,21777080)
碳中和联合研究院自主基金项目(CNIF20230208)。
文摘
近年来,以绿氢为代表的零碳能源的推广与使用已成为国家碳中和发展战略的重要组成部分,大力发展包括电解水制氢技术在内的绿氢能源是我国能源转型的重要研究方向。设计和开发高效催化剂是提升电解水制氢(HER)能力的关键因素。镍基过渡金属磷化物是一类重要的非贵金属电解水催化剂,其中磷空穴(P_(v))的存在可以促进H*的解吸,富集催化剂上的电子。同时磷的存在能够降低Ni—H键能,优化析氢活性。这类催化剂不仅在强碱性溶液中,而且在强酸性和中性介质中均具有优异的性能。以镍基磷化物催化剂为基础,介绍了电解水制氢原理及相关催化剂类型,并总结了镍基磷化物中镍、磷物种分别在电解水中的作用机制,可为后续高效镍基电解水催化剂的开发提供一定的理论指导。另一方面,根据镍基磷化物催化剂的制备方法,归纳了镍基磷化物催化剂的制备影响因素,并总结出调整其催化活性的基本策略,包括掺杂金属和非金属元素、制备多金属镍基磷化物以及构建由其他过渡金属磷化物组成的多组分异质结构等。最后讨论了镍基磷化物催化剂在电解水制氢过程中的研究进展,对提高镍基磷化物电解水制氢的催化效率和稳定性提出了一些建议。
关键词
电解水
制氢
镍
磷化物
催化剂制备
反应机理
Keywords
electrolysis of water
hydrogen production
nickel
phosphide
catalyst preparation
reaction mechanism
分类号
O646 [理学—物理化学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
机器学习辅助过渡金属磷化物电解水制氢催化剂的设计研究
李宇明
徐砚文
王焕焕
朱海若
朱梓翀
马丽娜
王雅君
《燃料化学学报(中英文)》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
镍基磷化物的合成及其在电解水制氢中的应用
李宇明
徐砚文
刘红宇
马丽娜
王雅君
《化工学报》
EI
CSCD
北大核心
2024
1
在线阅读
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职称材料
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