基于人工智能的氢气绿色生产的质子交换膜加速设计
软凝聚态物质
2026-01-28 v1 材料科学
摘要
水电解是一种环保的氢气生产方法，已达到显著的技术成熟水平。在商业化的水电解技术中，质子交换膜电解槽具有高电流密度、快速动力响应和紧凑系统设计等优势。另一方面，管理其高资本成本以及永久氟化质子交换膜（Nafion）的“永久化学”性质，仍是主要挑战。针对Nafion的无氟取代品的搜索长期以来主要通过物理实验进行，已数十年仅取得有限成功。本文开发并演示了一种基于人工智能的电解槽新质子交换膜设计策略。该策略的两个关键组成部分是虚拟正合成方法的实现以及一套针对关键应用导向膜属性的机器学习预测模型；前者生成数百万可绕合聚合物，后者对其进行评估和筛选。该策略在已知膜的实验数据上进行验证，然后应用于设计超过1700个新的可绕合候选材料。本文以一种前瞻性的愿景收尾，认为该策略可以提升为一种基于大型语言模型的交互式和迭代方案，以多种方式促进材料设计。
引用
@article{arxiv.2601.18914,
title = {Accelerated design of proton exchange membranes for green hydrogen production with artificial intelligence},
author = {Huan Tran and Akhlak Mahmood and Harshal Chaudhari and Kuldeep Mamtani and Chiho Kim and Rampi Ramprasad and Anand N. Krishnamoorthy and Abhirup Patra},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.18914},
year = {2026}
}