【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于催化材料研發(fā)領(lǐng)域，特別涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、氨合成作為重要的化學(xué)工業(yè)過(guò)程之一，在生產(chǎn)中扮演著至關(guān)重要的角色。傳統(tǒng)的哈柏奇-波施洛夫法雖成熟，但依賴于化石燃料，能耗大且產(chǎn)生大量溫室氣體排放。因此，發(fā)展高效、低碳的電催化氨合成技術(shù)，特別是以可再生能源為基礎(chǔ)的電化學(xué)合成氨，成為解決能源和環(huán)境問(wèn)題的關(guān)鍵。電催化氨合成的核心在于高效催化劑的開(kāi)發(fā)，其中鎳基催化劑因其較高的催化活性和穩(wěn)定性而受到廣泛關(guān)注。然而，催化劑性能高度依賴于其組成、結(jié)構(gòu)和形貌，特別是通過(guò)改性(如硼化)可以顯著提升催化活性和選擇性。然而，傳統(tǒng)催化劑的設(shè)計(jì)與優(yōu)化過(guò)程基于試錯(cuò)法，耗時(shí)耗資巨大且效率低下，難以應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的催化劑設(shè)計(jì)復(fù)雜性和性能要求。
2、因此，亟需一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，通過(guò)集成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，以高效預(yù)測(cè)和指導(dǎo)改性硼化鎳電合成氨催化劑的設(shè)計(jì)。為此，本專利技術(shù)開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)測(cè)平臺(tái)，用于改性硼化鎳催化劑改性條件的預(yù)測(cè)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的，在于提供一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同改性條件下硼化鎳催化劑性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，為新材料開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。
2、為了達(dá)成上述目的，本專利技術(shù)的解決方案是：
3、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法，包括，
4、構(gòu)建改性硼化鎳催化劑，獲取改性條件描述符、催化性能描述符，基于所述改性條件描述符、
5、以所述改性條件描述符作為輸入變量，以所述催化性能描述符作為輸出變量，對(duì)多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練，根據(jù)訓(xùn)練結(jié)果，確定各所述機(jī)器學(xué)習(xí)模型的最優(yōu)超參數(shù)，從而得到對(duì)應(yīng)的最優(yōu)模型；對(duì)多個(gè)所述最優(yōu)模型的預(yù)測(cè)性能進(jìn)行評(píng)估，以其中預(yù)測(cè)性能最佳的最優(yōu)模型作為預(yù)測(cè)模型；
6、利用特征工程確定影響催化性能的關(guān)鍵改性因素，基于所述關(guān)鍵改性因素，利用所述預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得改性硼化鎳的最優(yōu)改性條件。
7、其中，構(gòu)建改性硼化鎳催化劑，包括，
8、采用鎳的沉積和材料的硼化兩個(gè)階段合成改性硼化鎳催化劑。
9、其中，獲取改性條件描述符，包括，
10、獲取鎳的沉積階段中第一參數(shù)和材料的硼化階段中第二參數(shù)；其中，第一參數(shù)包括沉積電壓、沉積時(shí)間和硫酸鎳濃度，第二參數(shù)包括硼化時(shí)間和硼氫化鈉濃度；
11、將所述第一參數(shù)和第二參數(shù)作為改性條件描述符。
12、其中，獲取催化性能描述符，包括，
13、將基于所述改性條件描述符所得改性硼化鎳催化劑置于堿性硝酸根溶液中，使用預(yù)設(shè)電壓進(jìn)行電解，獲取單位時(shí)間氨產(chǎn)量，將所述單位時(shí)間氨產(chǎn)量作為催化性能描述符。
14、其中，建立原始數(shù)據(jù)集，還包括，
15、對(duì)原始數(shù)據(jù)集中的改性條件描述符特征數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。
16、其中，對(duì)多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練，包括，
17、多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型包括但不限于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、catboost、lasso回歸、隨機(jī)森林模型。
18、其中，利用特征工程確定影響催化性能的關(guān)鍵改性因素，包括，
19、以所述原始數(shù)據(jù)集中的改性條件描述符作為預(yù)測(cè)模型的輸入變量，以所述催化性能描述符作為預(yù)測(cè)模型的輸出變量，得到不同輸入變量對(duì)應(yīng)的夏普利值，從而確定影響輸出變量的輸入變量類型，確定影響催化性能的關(guān)鍵改性因素。
20、其中，基于所述關(guān)鍵改性因素，利用所述預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得改性硼化鎳的最優(yōu)改性條件，包括，
21、基于利用特征工程確定的關(guān)鍵改性因素，使用所述預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)所述關(guān)鍵改性因素規(guī)定范圍內(nèi)所有改性條件組合，對(duì)預(yù)測(cè)的所述所有改性條件組合進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，獲得改性硼化鎳的最優(yōu)改性條件。
22、一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括，
23、數(shù)據(jù)集構(gòu)建模塊，被配置為構(gòu)建改性硼化鎳催化劑，獲取改性條件描述符、催化性能描述符，基于所述改性條件描述符、催化性能描述符建立原始數(shù)據(jù)集；
24、預(yù)測(cè)模型構(gòu)建模塊，被配置為以所述改性條件描述符作為輸入變量，以所述催化性能描述符作為輸出變量，對(duì)多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練得到對(duì)應(yīng)的最優(yōu)模型；對(duì)多個(gè)所述最優(yōu)模型的預(yù)測(cè)性能進(jìn)行評(píng)估，以其中預(yù)測(cè)性能最佳的最優(yōu)模型作為預(yù)測(cè)模型；以及，
25、應(yīng)用模塊，被配置為利用特征工程確定影響催化性能的關(guān)鍵改性因素，基于所述關(guān)鍵改性因素，利用所述預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得改性硼化鎳的最優(yōu)改性條件。
26、采用上述方案后，本專利技術(shù)通過(guò)構(gòu)建包含改性條件與性能指標(biāo)的數(shù)據(jù)庫(kù)，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)算法建立高性能預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同改性條件下硼化鎳催化劑性能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，為新材料開(kāi)發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。該方法能有效處理催化劑設(shè)計(jì)的高維度復(fù)雜性，快速預(yù)測(cè)改性條件對(duì)性能的影響，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)優(yōu)化，大幅縮短開(kāi)發(fā)周期，降低研發(fā)成本，推進(jìn)氨合成技術(shù)的綠色革命。
27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
28、(1)本專利技術(shù)能夠顯著提高改性硼化鎳催化劑性能預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性與效率，減少實(shí)驗(yàn)成本；
29、(2)本專利技術(shù)通過(guò)機(jī)理探究，為新材料設(shè)計(jì)提供理論支撐，促進(jìn)鎳基電催化劑改性技術(shù)的進(jìn)步；
30、(3)在面對(duì)未經(jīng)試驗(yàn)的改性硼化鎳材料時(shí)，本專利技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)催化性能的快速預(yù)測(cè)，可為未知改性材料的快速應(yīng)用開(kāi)辟?gòu)V闊前景。
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1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建改性硼化鎳催化劑，包括，
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，獲取改性條件描述符，包括，
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，獲取催化性能描述符，包括，
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：建立原始數(shù)據(jù)集，還包括，
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：對(duì)多個(gè)機(jī)器學(xué)習(xí)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練，包括，
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：利用特征工程確定影響催化性能的關(guān)鍵改性因素，包括，
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述關(guān)鍵改性因素，利用所述預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)獲得改性硼化鎳的最優(yōu)改性條件，包括，
9.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的硼化鎳改性條件的預(yù)測(cè)方法，其特征在于：包括，
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，構(gòu)建改性硼化鎳催化劑，包括，
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，獲取改性條件描述符，包括，
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，獲取催化性能描述符，包括，
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：建立原始數(shù)據(jù)集，還包括，
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：左四進(jìn)，秦澍瀚，張銀巧，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)藥科大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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