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Enregistrement W3111216450 · doi:10.1021/acs.jpcc.0c06334

High-Performing Deep Learning Regression Models for Predicting Low-Pressure CO<sub>2</sub> Adsorption Properties of Metal–Organic Frameworks

2020· article· en· W3111216450 sur OpenAlexafffund
Jake Burner, Ludwig Schwiedrzik, Mykhaylo Krykunov, Jun Luo, Peter G. Boyd, Tom K. Woo

Notice bibliographique

RevueThe Journal of Physical Chemistry C · 2020
Typearticle
Langueen
DomaineChemistry
ThématiqueMetal-Organic Frameworks: Synthesis and Applications
Établissements canadiensUniversity of Ottawa
Organismes subventionnairesNatural Sciences and Engineering Research Council of CanadaUniversity of Ottawa
Mots-clésMolecular descriptorArtificial neural networkSelectivityQuantitative structure–activity relationshipArtificial intelligenceTest setRegressionMachine learningChemical spaceAdsorptionLinear regressionChemistryComputer scienceMathematicsBiological systemStatisticsOrganic chemistry

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

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.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction distillée sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni 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.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: codex-gemma-dda1882f352aStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Expérimental (laboratoire) · Signal consensuel: Expérimental (laboratoire)
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: Empirique
Score de désaccord entre enseignants0,121
Score d'incertitude au seuil0,702

Scores Codex et Gemma par catégorie

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0000,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,000
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,000
Science ouverte0,0010,000
Intégrité de la recherche0,0000,002
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0000,000

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.

Tête enseignante Opus0,016
Tête enseignante GPT0,229
Écart entre enseignants0,213 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_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 découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeExpérimental (laboratoire)
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations92
Publié2020
Routes d'admission2
Résumé présentoui

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