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第一作者：Zihao Ye, Bo Shen, Dohun Kang

通訊作者：Christopher M. Wolverton, Chad A. Mirkin

通訊單位：美國(guó)西北大學(xué)

外籍院士、納米牛人！Chad A. Mirkin最新Nature synthesis！

查德·米爾金（Chad A.Mirkin），中國(guó)科學(xué)院外籍院士，美國(guó)國(guó)家工程院院士，美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院院士，美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士，美國(guó)國(guó)家發(fā)明家科學(xué)院院士，美國(guó)醫(yī)學(xué)與生物工程院院士，美國(guó)西北大學(xué)終身教授，納米技術(shù)國(guó)際研究所所長(zhǎng)。1989年獲得美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)物理化學(xué)專業(yè)博士學(xué)位；2009年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家工程院院士；2010年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士和美國(guó)國(guó)家醫(yī)學(xué)院院士；2011年當(dāng)選為美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)院院士；2013年當(dāng)選為美國(guó)國(guó)家發(fā)明家科學(xué)院院士；2015年當(dāng)選為美國(guó)醫(yī)學(xué)與生物工程院院士；2017年當(dāng)選為中國(guó)科學(xué)院外籍院士。主要從事納米科學(xué)與技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程等領(lǐng)域的研究。（信息來(lái)源：https://baike.baidu.com/item/%E6%9F%A5%E5%BE%B7%C2%B7%E7%B1%B3%E5%B0%94%E9%87%91/17656814?fr=ge_ala）

Wolverton教授，計(jì)算材料領(lǐng)域國(guó)際著名科學(xué)家，發(fā)表SCI期刊230余篇（包括Science、Nature、Nature子刊等頂級(jí)期刊），文章總引用次數(shù)達(dá)14000余。在計(jì)算材料設(shè)計(jì)、能源材料等前沿研究領(lǐng)域作出了杰出貢獻(xiàn)。（信息來(lái)源：http://www.iet.cas.cn/news/zh/202109/t20210918_6207320.html）

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高指數(shù)晶面的納米材料因其理想性質(zhì)而備受關(guān)注，但其合成過(guò)程往往充滿挑戰(zhàn)。通過(guò)在納米粒子表面引入客體金屬或類金屬原子可以影響高指數(shù)晶面，調(diào)整表面能量實(shí)現(xiàn)對(duì)納米粒子形狀的控制。

本研究提出了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法，通過(guò)結(jié)合高通量密度泛函理論（HT-DFT）計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，來(lái)指導(dǎo)和調(diào)控納米粒子中高指數(shù)晶面的暴露。

研究中使用了9種過(guò)渡金屬和13個(gè)客體原子，通過(guò)HT-DFT計(jì)算評(píng)估了低指數(shù)和高指數(shù)晶面的表面能量，并利用機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)理解導(dǎo)致能量上受青睞的高指數(shù)晶面形成的關(guān)鍵特征。該方法的預(yù)測(cè)結(jié)果通過(guò)化學(xué)合成得到了驗(yàn)證，證明了此方法在加速合成具有{210}晶面暴露的四六面體（tetrahexahedron, THH）材料方面的有效性。

圖文導(dǎo)讀

圖1：HT-DFT計(jì)算117個(gè)主客體系統(tǒng)的表面能。

圖2：特征重要性分析和THH形狀偏好預(yù)測(cè)的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

圖3：HT-DFT指導(dǎo)化學(xué)合成的THH形狀納米粒子的掃描電鏡（SEM）圖像。

圖4：通過(guò)表面銻修飾合成的THH形狀銅納米粒子。

圖5：THH形狀多金屬納米粒子的SEM圖像和EDS圖譜。

總結(jié)展望

本研究的亮點(diǎn)在于開(kāi)發(fā)了一種結(jié)合了HT-DFT和機(jī)器學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法，該方法能夠加速發(fā)現(xiàn)和合成具有高指數(shù)晶面的納米粒子，并理解影響其形成的底層關(guān)鍵特征。此方法克服了依賴化學(xué)直覺(jué)探索廣闊參數(shù)空間的傳統(tǒng)材料發(fā)現(xiàn)過(guò)程的局限性。研究結(jié)果不僅通過(guò)先前實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證，還為識(shí)別新材料提供了預(yù)測(cè)。依據(jù)模型指導(dǎo)，研究團(tuán)隊(duì)合成了具有{210}晶面的THH形狀納米粒子，包括銅、銀和金。

此外，研究還識(shí)別了影響晶面能量的主要特征，即大小和門捷列夫數(shù)偏差。從最重要的特征派生出的概率圖為合成包含多達(dá)五種金屬的多金屬THH形狀納米粒子提供了指導(dǎo)，將材料發(fā)現(xiàn)的范圍從單金屬宿主擴(kuò)展到了多金屬結(jié)構(gòu)。盡管目前的研究重點(diǎn)是具有{210}晶面的THH形狀納米粒子，但該方法也可以用來(lái)評(píng)估其他高指數(shù)晶面的表面能量，為發(fā)現(xiàn)具有其他類型高指數(shù)晶面的納米粒子提供了可能性?？傮w而言，本工作不僅推進(jìn)了對(duì)納米粒子中暴露晶面調(diào)控的基本原理的理解，也加速了材料發(fā)現(xiàn)的過(guò)程，在催化和光子學(xué)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：A data-driven approach for the guided regulation of exposed facets in nanoparticles

期刊：Nature Synthesis

DOI：10.1038/s44160-024-00561-1

原創(chuàng)文章，作者：wang，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://m.xiubac.cn/index.php/2024/06/10/2ba9c98542/

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