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記者28日從中國科學技術(shù)大學獲悉，該校熊宇杰教授、高超特任教授團隊與合作者實現(xiàn)了人工光合系統(tǒng)的高通量篩選，為未來高效人工光合系統(tǒng)研發(fā)提供了一種可行性范式。這一借力人工智能而實現(xiàn)的研究成果2月27日作為封面文章發(fā)表于《自然-催化》（nature catalysis）。構(gòu)筑光能轉(zhuǎn)化效率更高的人工光合系統(tǒng)，有望為緩解能源環(huán)境危機、降低碳排放提供新的理論和技術(shù)支撐。在開發(fā)高效人工光合系統(tǒng)的過程中，涉及大量的分子光敏劑和分子催化劑的組合，通過傳統(tǒng)的反復(fù)試錯實驗極其耗時。由于缺乏可靠的描述符，業(yè)界一直難以實現(xiàn)人工光合系統(tǒng)的高通量篩選。熊宇杰、高超長期從事人工光合系統(tǒng)的能量耦合與轉(zhuǎn)換機制研究，在各種體系中凝練出偶極耦合在能量耦合與轉(zhuǎn)換過程中的普適性作用。在此基礎(chǔ)上，該團隊通過大量的分子光催化體系實驗研究，建立了人工光合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能的實驗數(shù)據(jù)庫。在通過與中國科大江俊教授課題組合作，提出了一種基于機器學習加速的分子光催化二氧化碳轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的高通量篩選策略。該策略實現(xiàn)了對數(shù)千種不同的分子光敏劑和分子催化劑組合進行快速篩選，確定其中的高效人工光合系統(tǒng)。與此同時，與中國科學院高能物理所陶冶研究員和國家加速器實驗室Dimosthenis Sokaras研究員合作，利用時間分辨譜學證實了偶極耦合作為描述符的可靠性，并證實了偶極耦合在引發(fā)動態(tài)催化反應(yīng)過程中的作用。該研究提出的描述符——催化劑的二氧化碳吸附能、光敏劑的壽命、源自于光敏劑和催化劑的本征和躍遷偶極的電子耦合，可以制定一種高通量篩選方案，實現(xiàn)光敏劑和催化劑組合的快速準確預(yù)測。該方案從3444種光敏劑和催化劑組合中快速準確地預(yù)測出6種高效的分子光催化體系。研究人員介紹，該研究范式未來可用于指導(dǎo)高效光化學均相催化劑的設(shè)計，促進其他催化化學轉(zhuǎn)化領(lǐng)域的發(fā)展。