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勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室CM: 主動學(xué)習(xí)引導(dǎo)金屬鹵化物鈣鈦礦結(jié)晶的維度控制

金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）衍生物是一類很有前途的光電材料，已經(jīng)合成了一系列維度的MHP材料，這些維度（1D、2D 和 3D）控制了其光電性質(zhì)并決定了其應(yīng)用。

在此，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗室Emory M. Chan等人展示了一種結(jié)合主動學(xué)習(xí)（AL）和高通量實(shí)驗（HTE）的數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，以發(fā)現(xiàn)、控制和理解嗎啉 (morph) 碘化鉛系統(tǒng)中不同維度MHP衍生物的形成。使用機(jī)器人輔助工作流程，作者合成并表征了兩種具有不同光學(xué)特性的新型MHP衍生物：一維morphPbI₃相 ([C₄H₁₀NO][PbI₃])和二維(morph)₂PbI₄相（[C₄H₁₀NO]₂[PbI₄]）。

為了有效獲取構(gòu)建1D和2D相形成的反應(yīng)條件的機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）模型所需的數(shù)據(jù)，作者采用預(yù)測置信度降低的基于不確定度的AL方法作為停止準(zhǔn)則，僅在反應(yīng)組成空間中取樣0.035%建立預(yù)測ML模型。

圖1. 多樣化小批量采樣AL循環(huán)的圖示

通過分析預(yù)測ML模型的特征重要性，作者發(fā)現(xiàn)[Pb]、[morph]、[FAH]和 [H₂O]對morph-Pb-I系統(tǒng)中的維度控制有顯著影響，而溶劑的組成（特征重要性 < 0.05）可以忽略。利用這些數(shù)據(jù)，連同DFT計算、熱重測量和機(jī)械化學(xué)觀察，作者探索了一維和二維相選擇性形成的機(jī)制起源。

在一種可能的方案中，水和甲酸可以通過鏈內(nèi)氫鍵加速一維相的形成，這可以在其他A-陽離子和MHP系統(tǒng)中驗證，這種使用添加劑來控制維度的策略有可能應(yīng)用于許多其他陽離子金屬鹵化物系統(tǒng)。通過在這項工作中開發(fā)和測試的AL停止標(biāo)準(zhǔn)，AL + HTE方法對于任何受益于在廣闊的反應(yīng)組成空間中預(yù)測和控制不同相/化合物的材料研究都是有價值的。

圖2. 特征的重要性及其對維度的影響

Dimensional Control over Metal Halide Perovskite Crystallization Guided by Active Learning, Chemistry of Materials 2022. DOI: 10.1021/acs.chemmater.1c03564

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