中國科大機(jī)器化學(xué)家采用火星隕石智能創(chuàng)制產(chǎn)氧催化劑

移居火星，是人類的夢想！然而，首先要克服的是缺乏氧氣的火星環(huán)境。火星上存在水資源的可能，為利用太陽能驅(qū)動的電催化析氧反應(yīng)制備氧氣提供了機(jī)遇，由于人類無法在無氧的火星環(huán)境下長期生存，在火星上就地取材創(chuàng)制催化劑成為一個(gè)難以逾越的屏障。近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)羅毅教授、江俊教授、尚偉偉副教授團(tuán)隊(duì)與深空探測實(shí)驗(yàn)室張哲研究員等合作，采用中國科大機(jī)器化學(xué)家“小來”平臺，高效融合人工智能和自動化機(jī)器實(shí)驗(yàn)，利用火星隕石制備出實(shí)用的產(chǎn)氧電催化劑，在2個(gè)月內(nèi)就完成需要窮舉2000年才能完成的復(fù)雜優(yōu)化工作。這一具有里程碑意義的研究成果以“automated synthesis of oxygen-producing catalysts from martian meteorites by a robotic ai chemist”為題發(fā)表在國際期刊《自然·合成》上（nature synthesis），并被編輯選為當(dāng)期熱點(diǎn)論文予以專門推薦.

智能機(jī)器人火星探礦制氧假想圖

“小來”通過其精準(zhǔn)的自動化操作能力，能夠執(zhí)行高通量實(shí)驗(yàn)任務(wù)，與此同時(shí)其“計(jì)算大腦”同步進(jìn)行量子化學(xué)仿真模擬，通過融合理論大數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)小數(shù)據(jù)產(chǎn)生具有預(yù)測能力的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，最終調(diào)用貝葉斯優(yōu)化算法預(yù)測并機(jī)器驗(yàn)證全局最優(yōu)的催化劑配方。這種理實(shí)交融的研究范式極大地加速了新材料發(fā)現(xiàn)過程，能夠從數(shù)百萬種可能配方中迅速識別最佳組合。

機(jī)器化學(xué)家系統(tǒng)利用火星隕石實(shí)現(xiàn)產(chǎn)氧催化劑無人化創(chuàng)制的工作流程，系統(tǒng)包括移動機(jī)器人、計(jì)算大腦、云服務(wù)器和多個(gè)不同功能的化學(xué)工作站。內(nèi)外雙循環(huán)的機(jī)器自動化過程集成了從原料準(zhǔn)備、樣品合成、性能表征和配方優(yōu)化步驟。

該工作成功展示了在地外星系上因地制宜創(chuàng)制化學(xué)品的智能化全流程，為未來地外文明探索提供了新的技術(shù)手段，對我國在未來月球、火星空間站上實(shí)現(xiàn)星際資源的原位綜合利用建立了獨(dú)特的方案。 國際審稿人評價(jià)道：“this article reports an exciting approach for synthesizing oer catalyst on mars by a robotic ai-chemist system（本文報(bào)道了通過機(jī)器化學(xué)家系統(tǒng)在火星上合成oer催化劑的令人興奮的方法）”，“as an example of how ai and automation can come together to design and manufacture complex materials under challenging circumstances（作為人工智能和自動化相結(jié)合的典型案例，在充滿挑戰(zhàn)的環(huán)境下設(shè)計(jì)和制造復(fù)雜材料）”。

論文第一作者為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)朱青博士，共同第一作者為黃炎博士、周東來博士和趙路遠(yuǎn)博士，通訊作者為尚偉偉副教授、江俊教授和羅毅教授。該工作得到中國科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

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（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院、科研部）