從計算材料數據庫中進行數據挖掘已經成為挖掘潛在催化劑的一種新型策略。本文通過研究在開發低成本金屬氧化物（MO）電催化劑時數據挖掘結果與實驗結果之間的差異，分析了這一策略的機遇和挑戰。
近日，日本東北大學李昊教授課題組和澳洲悉尼大學魏力博士等人在Advanced Science 發表題為Identifying Stable Electrocatalysts Initialized by Data Mining: Sb2WO6 for Oxygen Reduction的數據挖掘結合實驗和理論方法設計催化劑的工作，發掘出一系列潛在能在各種電催化條件下穩定且廉價的氧化物催化劑。接著，他們聚焦在一種新型的Sb2WO6 氧還原（ORR）催化劑，并強調了數據挖掘在探索電催化劑方面大有可為，但仍需通過考慮電化學引起的表面穩定性和活性的變化，進一步開發更為精細的挖掘策略。
團隊設計了通過數據挖掘在Materials Project數據庫中確定穩定MO的流程，最終得到了1159個熱力學穩定的MO。隨后，創建了塊體Pourbiax相圖數據集，并開發了帶有用戶界面的在線搜索引擎（https://doi.org/10.50974/00137200），幫助研究人員快速獲取在特定pH和電位下水穩定的MOs（圖1-2）。
由于元素Sb和W在酸性ORR穩定化合物中出現次數最多，因此選擇Sb2WO6進行后續ORR研究。根據塊體Pourbaix相圖，Sb2WO6 在酸性介質中的 ORR 條件下穩定，但在高pH ORR條件下不穩定。然而，實驗結果表明Sb2WO6在酸性和堿性 ORR 條件下都具有很高的穩定性，且在堿性條件下表現出了顯著的4e-ORR 活性（圖3）。
根據表面態分析和pH場耦合微動力學建模，團隊發現Sb2WO6表面會發生電化學鈍化，從而形成高度穩定的4e-ORR 活性表面（圖4）。該工作表明，數據挖掘可加速設計電催化劑，但與此同時，還需要綜合考慮電化學過程中催化劑表面的變化，進一步優化開發策略。
圖1. 利用數據挖掘在Materials Project數據庫中確定穩定MO的流程
圖2. 數據挖掘得到的能在特定pH和反應電位下穩定的氧化物元素。
圖3.?Sb2WO6和Pt/C在酸性和堿性電解質中的ORR 活性和穩定性的對比
?Xue Jia, Zixun Yu, Fangzhou Liu, Heng Liu, Di Zhang, Egon Campos dos Santos,Hao Zheng, Yusuke Hashimoto, Yuan Chen, Li Wei,* and Hao Li*，Identifying Stable Electrocatalysts Initialized by DataMining: Sb2WO6?for Oxygen Reduction，Advanced Science，2023，DOI：10.1002/advs.202305630
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