High-Performing Deep Learning Regression Models for Predicting Low-Pressure CO<sub>2</sub> Adsorption Properties of Metal–Organic Frameworks
Notice bibliographique
Résumé
Metal–organic frameworks (MOFs) have garnered interest as potential solid sorbent materials for postcombustion CO2 capture. With a seemingly infinite design space, high-throughput computational screening of MOFs has developed into an effective tool for the development of new materials. In this work, machine learning (ML) has been used to develop accurate quantitative structure–property relationship (QSPR) models to rapidly predict the CO2 working capacity and CO2/N2 selectivity at the low-pressure conditions relevant to postcombustion carbon capture (0.15 bar CO2, 0.85 bar N2). A database of over 340 000 MOFs constructed from hundreds of types of building units arranged in over 1000 net topologies was used to train and test the models. Neural network ML models were optimized using six geometric descriptors along with three so-called chemical descriptors, namely, the atomic property-weighted radial distribution function (AP-RDF) and some variants thereof, the bag-of-atoms, and the chemical motif density descriptors. The ML models built using geometric descriptors alone resulted in test set correlation R2 values of only 0.71 and 0.75 for CO2 working capacity and CO2/N2 selectivity, respectively. ML models built with a single type of chemical descriptor all outperformed the geometry-only models giving R2 values ranging from 0.83 to 0.94 with the AP-RDF model being the most accurate. Overall, the best model was built using a combination of AP-RDF, chemical motif, and geometric descriptors (R2 = 0.96 when predicting the CO2 working capacity and R2 = 0.95 for the selectivity). To date, these are the most accurate ML models for predicting low-pressure gas uptake of MOFs. The combined model was able to capture 994 of the true top 1000 MOFs (from a test set of ∼70 000) within the top 5000 MOFs as predicted by the model with CO2 working capacity as the target. Thus, if the ML model were used to prescreen materials for more compute intensive GCMC simulations, then it would result in a greater than 10 times speed up while still capturing >99% of high-performing materials. These results highlight the importance of chemical descriptors in predicting low-pressure gas adsorption properties in nanoporous materials.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction distillée sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Apprise à partir de 10 348 étiquettes directes de Codex et de 10 348 étiquettes directes de Gemma. Le mode candidate est l'union des têtes enseignantes seuillées; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont ni des étiquettes humaines ni des étiquettes directes de modèles de pointe.
Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,002 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».