Rapid prediction of adsorbate probability distributions in metal-organic frameworks using graph neural networks
Notice bibliographique
Résumé
Metal-organic frameworks (MOFs) are porous crystalline materials assembled from inorganic nodes and inorganic linkers. These materials have garnered significant interest for gas separation and storage applications, particularly because of their porosity and their tunability due to their massive design space. However, navigating such a massive design space poses significant challenges. Atomistic simulation techniques have been applied to accelerate discovery and design of MOFs for various applications. A key property obtained from these simulations is the adsorbate probability distribution (APD). An APD maps the probability of finding an adsorbate molecule in the pore of a MOF at a given temperature and pressure, whose maxima correspond to free energy minima (i.e., binding sites). While APDs and binding sites are not easily accessible experimentally, their generation via simulation is tractable. However, high-throughput generation of APDs still requires long simulation times to converge. A machine learning (ML) model to predict APDs would enable the use of this property in data-driven pipelines to identify high performing materials or binding sites. To date, nobody has attempted to apply ML to the prediction of APDs or binding sites of MOFs. In this work, we present DeepAPD – a ML model which predicts APDs at a given temperature and pressure. As an initial proof of concept, the model has been trained on simple spherical adsorbates such as CH4 and Xe. DeepAPD was found to generate APDs of MOFs at a speedup factor of >105 in comparison to GCMC. An in-depth discussion of training strategies and dataset size/composition on model performance is presented. It was found that the APDs obtained by ML were sufficiently accurate to get a reliable estimation of binding sites in MOFs, particularly binding sites which have high probability. Finally, the transferability of the ML models was investigated by evaluating the performance of the GNN model on a dataset of experimentally characterized MOFs. We have also implemented the DeepAPD inference code into our binding site identification algorithm to facilitate an end-to-end MOF to binding site prediction. Future work will extend these models to more complex guests such as CO2, N2, and H2O.
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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) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 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 ».