Investigadores del grupo López del ICIQ presentan un nuevo método que permite el diseño racional de catalizadores heterogéneos. Después de aplicar análisis y regresión de componentes principales (PCA) a las energías de adsorción de 71 especies diferentes de C1 y C2 en 12 superficies metálicas compactas (de transición), los científicos dilucidaron por primera vez un modelo interpretable en catálisis heterogénea.

El nuevo método del equipo, publicado en Comunicaciones de la naturaleza , facilitará el descubrimiento de catalizadores heterogéneos capaces de transformar la fracción no comestible de la biomasa en valiosos productos químicos. El procedimiento reduce el número de cálculos en un factor de 20 mientras retiene barras de error comparables a la teoría funcional de densidad (DFT).

Tan simple como sea posible, pero no mas simple

Las moléculas de biomasa son grandes. Con estructuras moleculares complejas, Hay muchos sitios de reacción a considerar cuando la biomasa interactúa con un catalizador. Una molécula relativamente pequeña, como un C6, podría presentar una red de reacción de alrededor de 500, 000 reacciones, lo que hace que sea demasiado exigente en tiempo y recursos estudiar con los modelos actuales. A diferencia de, Al estudiar las especies C1 y C2, los científicos ahora pueden extrapolar el comportamiento a moléculas más grandes que se encuentran comúnmente en la biomasa.

Los investigadores del grupo López aplicaron PCA, una técnica de aprendizaje automático simple y sin supervisión, para reducir la dimensionalidad del problema. Después de analizar las energías de formación de 71 adsorbatos en 12 superficies metálicas compactas, los investigadores obtuvieron una expresión lineal de dos términos que permite un estudio rápido y preciso de redes de reacción completas en superficies metálicas, al tiempo que reduce drásticamente el número de cálculos de DFT necesarios.

La simplicidad del modelo resultante ha permitido a los investigadores del ICIQ ir un paso más allá del estado de la técnica e interpretar los resultados, una novedad en la catálisis heterogénea.

De negro a verde

Interpretar los resultados del rendimiento de las herramientas de aprendizaje automático puede ser un desafío. Afortunadamente, los científicos del ICIQ han podido abrir la caja e interpretar en términos físicos los parámetros de la ecuación. "Si sabe lo que significa cada uno de los términos de la ecuación, puedes ir más allá y expandir tu modelo, "explica Rodrigo García-Muelas, primer autor del artículo. "El primer término de la ecuación describe la covalencia del enlace, mientras que el segundo está relacionado con la ionicidad del enlace". La secuencia matemática utilizada para encontrar los modelos está disponible públicamente para que otros investigadores reproduzcan los resultados.

El nuevo modelo se aplica a una amplia gama de escenarios y permite predecir cómo reaccionará un sistema y qué rendirá con solo conocer las características de los bonos. Los enfoques de aprendizaje automático aplicados a la catálisis están ampliando nuestra comprensión del funcionamiento interno de las moléculas, acercando la transformación de la biomasa en biocombustibles. proporcionando así una alternativa más ecológica a los combustibles fósiles.