2017年10月11日
化学是一个复杂的原子网络。当参与者改变伴侣时，位置的微小变化和电子的转移会破坏和重新形成化学键。催化剂就像分子中间体，使有时不情愿的伴侣更容易相互作用。
一种新方法的草图，可以快速，“在线上”确定纳米催化剂的三维结构。神经网络将X射线吸收光谱转换成几何信息（例如纳米粒子尺寸和形状），并且为每个光谱获得结构模型。信誉：布鲁克海伦国家实验室
目前，科学家们有一种方法来记录化学编舞的细节。这项技术依靠已经学会识别步骤隐藏迹象的计算机，将有助于提高催化剂的性能，促使反应更快地向首选产品方向发展。
这项技术是由美国能源部的化学家、物理学家和计算科学家组成的跨学科团队开发的布鲁克海文国家实验室《物理化学快报》刊登了一篇新论文。这篇论文揭示了该团队如何使用神经网络和机器学习来教计算机从x射线数据中解码之前分离的信息，然后应用这些数据来破译3D纳米级结构。
解码纳米结构
开发催化剂的主要挑战是知道它们是如何工作的——这样我们就可以理性地设计出更好的催化剂，而不是通过反复试验。催化剂如何工作的解释是在原子的水平和非常精确的测量它们之间的距离，这可以改变它们的反应。因此，了解催化剂的结构并不重要，重要的是在反应过程中了解催化剂的结构。
研究小组负责人Anatoly Frenkel与布鲁克海文实验室的化学部门和the欧洲杯足球竞彩材料科学部门,欧洲杯线上买球石溪大学
问题是，关键的反应——那些产生重要工业化学物质如肥料的反应——经常发生在高温和压力下，这使测量方法复杂化。例如，x射线可以通过使吸收其能量的原子释放电子波来揭示某些原子级结构。当这些波与邻近的原子相互作用时，它们会以一种类似于池塘表面波纹的扭曲会泄露岩石存在的方式显示它们的位置。但是，当高压和高温使结构变得无序时，纹波图案变得更加复杂和模糊，从而模糊了波可以揭示的信息。
因此，而不是取决于X射线吸收光谱的“纹波模式”，Frenkel的组发现了一种方法来调查与低能量波有关的频谱的不同部分，这些频谱与热和紊乱的影响较小。
我们意识到，这部分x射线吸收信号包含了吸收原子周围环境所需的所有信息。但这些信息隐藏在“表面之下”，因为我们没有方程式来描述它，所以很难解释。我们需要解码频谱，但我们没有钥匙。
Janis Timoshenko，与Frenkel一起在Stony Brook工作的博士后研究员和论文的第一作者
幸运的是，布鲁克海文计算科学计划的林月伟和Shinjae Yoo以及功能纳米材料中心(CFN)的Deyu Lu在所谓的机器学习方法欧洲杯线上买球方面有丰富的经验。欧洲杯足球竞彩他们帮助研究小组准备了一把钥匙，通过电脑编程来定位吸收光谱的隐藏特征和催化剂的结构细节之间的联系。
“詹尼斯采纳了这些想法，并真的付诸实施，”弗伦克尔说。
该团队使用理论建模来创建几十万个模型结构的模拟光谱，并利用这些模拟光谱对计算机进行编程，以识别光谱的特征以及它们与结构的连接方式。
“然后我们建立了一个神经网络，能够将频谱转换成结构，”弗伦克尔说。
当他们测试这项技术是否可以破译明确的铂纳米颗粒的大小和形状时(使用了Frenkel和他的伙伴早些时候发表的x射线吸收光谱)，结果是成功的。欧洲杯猜球平台
这种方法现在可以在飞行中使用。一旦网络被构建，几乎不需要任何时间就可以在任何真实的实验中获得结构。
Anatoly弗伦克尔他是研究小组的负责人，与布鲁克海文实验室的化学部门和the欧洲杯足球竞彩材料科学部门,欧洲杯线上买球石溪大学
这意味着研究人员在布鲁克海文的国家同步加速器光源II (NSLS-II)中检测催化剂，例如，可以获得实时的结构信息来解释为什么一个特定的反应会减速，或者开始产生不需要的产物，然后修改反应条件或催化剂化学以达到预期的结果。这将是一个巨大的进步，在完成实验后等待检查结果，然后猜测哪里出了问题。
此外，该方法可以处理和测试非常低浓度样品的光谱信号，并将主要用于新的高通量和高能量分辨率波束集成特殊光学和高通量分析方法NSLS-II。
”这将提供使用同步加速器进行操作研究的全新方法。”弗伦克尔说。
本研究由DOE Science（BES）和Brookhaven的实验室指导研发计划资助欧洲杯线上买球。以前公布的用于验证神经网络的模型纳米粒子的光谱在Doe的Argonne National实验欧洲杯猜球平台室和Brookhaven Lab的原始国家同步射源（NSL）的先进光子源（AP）上收集，现在由NSLS-II代替。CFN，NSLS-II和APS是科学用户设施的DOE办事处。欧洲杯线上买球除了Frenkel和Timoshenko，Lu和Lin还是本文的共同作者。