Вышедшие номера
Определение долей атомов платины в агломератах биметаллических наночастиц с помощью методов машинного обучения
Российский научный фонд, Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами», 23-21-00526
Гладченко-Джевелекис Я.Н. 1, Толчина Д.Б. 1, Беленов С.В. 1, Срабионян В.В. 1, Дурыманов В.А. 1, Викленко И.А.1, Авакян Л.А. 1, Алексеенко А.А.1, Бугаев Л.А. 1
1Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
Email: ygl@sfedu.ru, sbelenov@sfedu.ru, vvsrab@sfedu.ru, durymanov@sfedu.ru, viklenko@sfedu.ru, laavakyan@sfedu.ru, aalekseenko@sfedu.ru
Поступила в редакцию: 24 октября 2024 г.
В окончательной редакции: 11 марта 2025 г.
Принята к печати: 1 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 14 июля 2025 г.

Рассмотрена применимость методов машинного обучения, в частности, искусственных нейронных сетей, для получения информации о распределении атомов целевого вещества в составе агрегатов биметаллических наночастиц различных архитектур на основе данных о парных радиальных функциях распределения атомов. Прямыми источниками данных являются экспериментальные методы рентгеновской дифракции и рентгеновской абсорбционной спектроскопии из протяженной энергетической области спектра. Обученная модель искусственной нейронной сети продемонстрировала высокую точность определения долей атомов платины в составе наночастиц различных архитектур в агломерате (коэффициент детерминации ~ 0.98). Апробация обученной модели на экспериментальных данных для катализаторов, содержащих биметаллические наночастицы PtCu, показала ее высокую обобщающую способность, что свидетельствует о перспективности применения такого подхода к определению эффективности расхода платины при синтезе платиносодержащих катализаторов на основе наночастиц. Ключевые слова: наночастицы типа ядро-оболочка, градиентные наночастицы, парные радиальные функции распределения атомов, спектроскопии из протяженной энергетической области спектра, искусственные нейронные сети, CatBoost. DOI: 10.21883/0000000000
  1. K. Kodama, T. Nagai, A. Kuwaki, R. Jinnouchi, Y. Morimoto. Nat. Nanotechnol., 16 (2), 140 (2021). DOI: 10.1038/s41565-020-00824-w
  2. A.A. Alekseenko, A.S. Pavlets, S.V. Belenov, O.I. Safronenko, I.V. Pankov, V.E. Guterman. Appl. Surf. Sci., 595, 153533 (2022). DOI: 10.1016/j.apsusc.2022.153533
  3. S. Hussain, H. Erikson, N. Kongi, A. Sarapuu, J. Solla-Gullon, G. Maia, A.M. Kannan, N. Alonso-Vante, K. Tammeveski. Int. J. Hydrogen Energy, 45 (56), 31775 (2020). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.08.215
  4. A. Hrnjic, A.R. Kamvsek, A. Pavlivsivc, M. vSala, M. Bele, L. Moriau, M. Gatalo, F. Ruiz-Zepeda, P. Jovanovivc, N. Hodnik. Electrochim. Acta, 388, 138513 (2021). DOI: 10.1016/j.electacta.2021.138513
  5. S. Zaman, L. Huang, A.I. Douka, H. Yang, B. You, B.Y. Xia. Angew. Chemie Int. Ed., 60 (33), 17832 (2021). DOI: 10.1002/anie.202016977
  6. M. Shao, Q. Chang, J.-P. Dodelet, R. Chenitz. Chem. Rev., 116 (6), 3594 (2016). DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00462
  7. W. Yan, D. Zhang, Q. Zhang, Y. Sun, S. Zhang, F. Du, X. Jin. J. Energy Chem., 64, 583 (2022). DOI: 10.1016/j.jechem.2021.05.003
  8. M. Heinz, V.V. Srabionyan, L.A. Avakyan, A.L. Bugaev, A.V. Skidanenko, S.Y. Kaptelinin, J. Ihlemann, J. Meinertz, C. Patzig, M. Dubiel, L.A. Bugaev. J. Alloys Compd., 767, 1253 (2018). DOI: 10.1016/j.jallcom.2018.07.183
  9. S. Belenov, A. Alekseenko, A. Pavlets, A. Nevelskaya, M. Danilenko. Catalysts, 12 (6), 638 (2022). DOI: 10.3390/catal12060638
  10. A.A. Alekseenko, V.E. Guterman, S.V. Belenov, V.S. Menshikov, N.Y. Tabachkova, O.I. Safronenko, E.A. Moguchikh. Int. J. Hydrogen Energy, 43 (7), 3676 (2018). DOI: 10.1016/j.ijhydene.2017.12.143
  11. С.В. Беленов, В.Е. Гутерман, Н.Ю. Табачкова, Е.А. Могучих, А.А. Алексеенко, В.А. Волочаев, Н.М. Новиковский. Электрохимия, 54 (11), 944 (2018). DOI: 10.1134/S042485701813008X [S.V. Belenov, V.E. Guterman, N.Y. Tabachkova, E.A. Moguchikh, A.A. Alekseenko, V.A. Volochaev, N.M. Novikovskiy. Russ. J. Electrochem., 54 (12), 1209 (2018). DOI: 10.1134/S1023193518130062]
  12. K. Boldt, S. Bartlett, N. Kirkwood, B. Johannessen. Nano Lett., 20 (2), 1009 (2020). DOI: 10.1021/acs.nanolett.9b04143
  13. X. Lyu, Y. Jia, X. Mao, D. Li, G. Li, L. Zhuang, X. Wang, D. Yang, Q. Wang, A. Du, X. Yao. Adv. Mater., 32 (32), 2003493 (2020). DOI: 10.1002/adma.202003493
  14. S. Mourdikoudis, R.M. Pallares, N.T.K. Thanh. Nanoscale, 10 (27), 12871 (2018). DOI: 10.1039/C8NR02278J
  15. L.J. Moriau, A. Hrnjic, A. Pavlivsivs, A.R. Kamvsek, U. Petek, F. Ruiz-Zepeda, M. vSala, L. Pavko, V.S. vSelih, M. Bele, P. Jovanovivc, M. Gatalo, N. Hodnik. IScience, 24 (2), 102102 (2021). DOI: 10.1016/j.isci.2021.102102
  16. J. Timoshenko, D. Lu, Y. Lin, A.I. Frenkel. J. Phys. Chem. Lett., 8 (20), 5091 (2017). DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b02364
  17. J. Timoshenko, A.I. Frenkel. ACS Catal., 9 (11), 10192 (2019). DOI: 10.1021/acscatal.9b03599
  18. L. Avakyan, D. Tolchina, V. Barkovski, S. Belenov, A. Alekseenko, A. Shaginyan, V. Srabionyan, V. Guterman, L. Bugaev. Comput. Mater. Sci., 208, 111326 (2022). DOI: 10.1016/j.commatsci.2022.111326
  19. E. Collet, M. Buron, H. Cailleau, M. Lorenc, M. Servol, P. Rabiller, B. Toudic. X-ray diffraction for material science, in: UVX 2008-9e Colloq. Sur Les Sources Coherentes Incoherentes UV, VUV X Appl. Developpements Recents, EDP Sciences, Les Ulis, France, 2009, p. 21. DOI: 10.1051/uvx/2009005
  20. L.A. Bugaev, L.A. Avakyan, V. V. Srabionyan, A.L. Bugaev. Phys. Rev. B, 82 (6), 064204 (2010). DOI: 10.1103/PhysRevB.82.064204
  21. D.C. Koningsberger, B.L. Mojet, G.E. van Dorssen, D.E. Ramaker. Top. Catal., 10 (3/4), 143 (2000). DOI: 10.1023/A:1019105310221
  22. J.A. van Bokhoven, C. Lamberti. X-Ray Absorption and X-Ray Emission Spectroscopy (John Wiley \& Sons, Ltd, Chichester, UK, 2016), DOI: 10.1002/9781118844243
  23. R. Wang, H. Wang, F. Luo, S. Liao. Electrochem. Energy Rev., 1 (3), 324 (2018). DOI: 10.1007/s41918-018-0013-0
  24. В.В. Китов. Статистика и экономика, 4, 22 (2016). DOI: 10.21686/2500-3925-2016-4-22-26 [V.V. Kitov. Stat. Econ., 4, 22 (2016). DOI: 10.21686/2500-3925-2016-4-22-26]
  25. L. Prokhorenkova, G. Gusev, A. Vorobev, A.V. Dorogush, A. Gulin. (2017). http://arxiv.org/abs/1706.09516
  26. Электронный ресурс. Режим доступа: https://catboost.ai/en/docs/ [Electronic source. Available at: https://catboost.ai/en/docs/]