Исследовательская группа из Токийского университета науки в Японии использовала метод машинного обучения для успешного отбора легирующих элементов, пригодных для новых фотокаталитических материалов, и экспериментально подтвердила их эффективность. Связанные результаты были опубликованы в журнале Journal of the American Chemical Society.

Исследование сосредоточено на орторомбическом тетраоксиде олова (Sn₃O₄) — материале на основе оксида олова, который в последние годы был признан перспективным для фотокатализа. Фотокаталитическое расщепление воды с использованием солнечного света для превращения воды в водород является одним из важных путей производства чистой энергии. Оксиды олова привлекают внимание благодаря своей низкой токсичности, стабильности и экономичности, однако повышение их фотокаталитической эффективности по-прежнему остается сложной задачей. Легирование — это распространенный метод улучшения свойств материалов, но для новых материалов поиск эффективных легирующих элементов часто зависит от метода проб и ошибок, что неэффективно.

Исследовательская группа внедрила вычисления межатомных потенциалов с помощью машинного обучения для эффективного моделирования термодинамической стабильности кристаллической структуры после легирования, выявив несколько ионов, потенциально способных к стабильному легированию, включая алюминий, бор, стронций и иттрий. Затем команда синтезировала легированные образцы гидротермальным методом для экспериментальной проверки, и результаты совпали с расчетными прогнозами, подтвердив превосходные характеристики образцов, легированных алюминием.

В условиях видимого света выход водорода для орторомбического тетраоксида олова, легированного алюминием, достиг уровня, в 16 раз превышающего таковой для нелегированного материала. Дальнейшие эксперименты с тонкими пленками показали, что оптимальная концентрация легирования алюминием составляет 5%. Эта пропорция улучшает кристалличность материала, оптимизирует морфологию частиц и повышает эффективность разделения фотоиндуцированных зарядов.

Руководитель исследования Масахиро Миядзава заявил: «Это исследование демонстрирует эффективность вычислений межатомных потенциалов с использованием машинного обучения в ускорении открытия функциональных материалов и подтверждает орторомбический тетраоксид олова, легированный алюминием, в качестве перспективного фотокатализатора следующего поколения для видимого света». Данная стратегия, упрощая процесс отбора кандидатов для легирования, может ускорить разработку технологий чистой энергии.

Детали публикации: Авторы: Сё Утида и др. Название: «Вычислительный и экспериментальный подход к легированию орторомбического Sn₃O₄ ионами металлов для видимой фотокаталитической активности». Опубликовано в: Journal of the American Chemical Society (2026). Информация о журнале: Journal of the American Chemical Society.