Вчений синтезував каталізатор для виробництва кисню з марсіанських метеоритів

Імміграція на Марс і життя на Марсі вже давно описані в науковій фантастиці. Але перш ніж ця мрія перетвориться на реальність, люди повинні подолати одну перешкоду — нестачу хімічних речовин, таких як кисень, необхідних для довгострокового виживання на планеті. Однак нещодавнє відкриття активності води на Марсі є багатообіцяючим.

Зараз вчені досліджують можливість розкладання води з утворенням кисню за допомогою електрохімічного окислення води під дією сонячної енергії за допомогою каталізаторів реакції виділення кисню (OER). Завдання полягає в тому, щоб знайти спосіб синтезувати ці каталізатори на місці, використовуючи матеріали на Марсі, замість того, щоб транспортувати їх із Землі, що є дорогим.

Щоб розв’язати цю проблему, команда під керівництвом професора Луо І, професора Цзян Цзюня та професора Шан Вейвея з Науково-технологічного університету Китаю (USTC) Китайської академії наук (CAS) нещодавно зробила можливим синтезувати та оптимізувати каталізатори OER автоматично з марсіанських метеоритів за допомогою їх роботизованого штучного інтелекту (AI)-chemist.

«Хімік штучного інтелекту інноваційно синтезував[d] каталізатор OER, використовуючи марсіанський матеріал на основі міждисциплінарної співпраці», — сказав професор Луо І, провідний науковий співробітник групи. У кожному експериментальному циклі хімік зі штучним інтелектом спочатку аналізує елементний склад марсіанських руд, використовуючи спектроскопію лазерного пробою (LIBS).

Потім він виконує низку попередніх обробок руд, включаючи зважування на робочій станції дозування твердої речовини, приготування вихідних розчинів на робочій станції дозування рідини, виконання відділення від рідини на робочій станції центрифугування та досягнення затвердіння на робочій станції сушарки.

Отримані гідроксиди металів обробляють адгезивом Nafion для підготовки робочого електрода до тестування OER на електрохімічній робочій станції. Дані тестування надсилаються в обчислювальний «мозок» хіміка ШІ в режимі реального часу для обробки машинним навчанням (ML).

«Мозок» хіміка зі штучним інтелектом використовує симуляції квантової хімії та молекулярної динаміки для 30 000 високоентропійних гідроксидів із різними співвідношеннями елементів і розраховує їх OER каталітичну активність за допомогою теорії функціонала густини. Дані моделювання використовуються для навчання моделі нейронної мережі для швидкого прогнозування активності каталізаторів з різними елементними складами.

Нарешті, за допомогою байєсівської оптимізації «мозок» прогнозує комбінацію доступних марсіанських руд, необхідних для синтезу оптимального каталізатора OER.

На цей час хімік зі штучним інтелектом створив чудовий каталізатор, використовуючи п’ять типів марсіанських метеоритів у безпілотних умовах. Цей каталізатор може стабільно працювати понад 550 000 секунд при щільності струму 10 мА см^-2 і перенапруженні 445,1 мВ. Подальше випробування при -37 °C, температурі на Марсі, підтвердило, що каталізатор може стабільно виробляти кисень без будь-якої видимої деградації.

Протягом двох місяців хімік зі штучним інтелектом завершив комплексну оптимізацію каталізаторів, яка зайняла б 2000 років для хіміка-людини. Команда працює над тим, щоб перетворити ШІ-хіміка на загальну експериментальну платформу для різноманітного хімічного синтезу без втручання людини. Рецензент статті зауважив: «Цей тип дослідження викликає широкий інтерес і швидко розвивається в області синтезу та відкриття органічних/неорганічних матеріалів».

«У майбутньому люди зможуть створити кисневий завод на Марсі за допомогою хіміка зі штучним інтелектом», — сказав Цзян. Для отримання достатньої концентрації кисню, необхідної для виживання людини, потрібно лише 15 годин сонячного опромінення. «Ця революційна технологія наближає нас на крок до здійснення нашої мрії жити на Марсі», — сказав він. Джерело