化学学报 ›› 2026, Vol. 84 ›› Issue (9): 1464-1474.DOI: 10.6023/A26040110 上一篇 下一篇
研究论文
张宇明, 孙世涛, 周诗嘉, 李珺卿, 贺雷*(
), 王东琪*(
)
投稿日期:2026-04-06
发布日期:2026-06-18
通讯作者:
贺雷, 王东琪
基金资助:
Yuming Zhang, Shitao Sun, Shijia Zhou, Junqing Li, Lei He*(
), Dongqi Wang*(
)
Received:2026-04-06
Published:2026-06-18
Contact:
Lei He, Dongqi Wang
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将生物乙醇转化为正丁醇是实现可再生能源长期储存和高值化利用的重要路径. 从庞大的合成空间中获得高效正丁醇合成催化剂的传统试错方法耗时耗力, 效率低, 且难以涵盖大量的材料组合. 基于此, 本研究引入机器学习工作方法, 旨在探索以提高正丁醇收率为目标的催化剂筛选和设计的数据驱动研究范式. 本研究收集了2000年以来的乙醇催化转化制正丁醇反应的非均相催化研究文献数据, 构建了一个包含催化剂组成、制备方法、结构特性、反应条件及其相应催化性能的乙醇转化制正丁醇的催化剂数据集. 基于该数据集, 评估了九种重要的回归算法, 其中, 极端梯度提升回归(XGBR, eXtreme Gradient Boosting)模型的训练集的决定系数(R2)为0.986, 测试集为0.897, 展现出超越其他模型的预测性能和泛化能力. 结合贝叶斯优化算法, 在正丁醇合成催化剂参数空间中高效筛选出5组高性能候选催化剂, 为乙醇催化转化制正丁醇反应催化剂的高效筛选与理性设计提供了新的思路, 为乙醇高值高效利用开辟了数据驱动新途径.
张宇明, 孙世涛, 周诗嘉, 李珺卿, 贺雷, 王东琪. 乙醇高值转化制正丁醇的机器学习研究[J]. 化学学报, 2026, 84(9): 1464-1474.
Yuming Zhang, Shitao Sun, Shijia Zhou, Junqing Li, Lei He, Dongqi Wang. Value-added Transformation of Ethanol to n-Butanol: a Machine Learning Study[J]. Acta Chimica Sinica, 2026, 84(9): 1464-1474.
| ML model | R2-train | R2-test | RMSE(%)-train | RMSE(%)-test |
|---|---|---|---|---|
| LR | 0.350 | 0.373 | 7.39 | 7.62 |
| RR | 0.350 | 0.372 | 7.39 | 7.62 |
| LLR | 0.311 | 0.307 | 7.61 | 8.01 |
| KNN | 0.856 | 0.753 | 3.48 | 4.78 |
| DTR | 0.851 | 0.707 | 3.54 | 5.20 |
| RFR | 0.942 | 0.854 | 2.21 | 3.68 |
| ETR | 0.987 | 0.868 | 1.04 | 3.50 |
| GBDT | 0.975 | 0.869 | 1.46 | 3.48 |
| XGBR | 0.986 | 0.897 | 1.07 | 3.09 |
| ML model | R2-train | R2-test | RMSE(%)-train | RMSE(%)-test |
|---|---|---|---|---|
| LR | 0.350 | 0.373 | 7.39 | 7.62 |
| RR | 0.350 | 0.372 | 7.39 | 7.62 |
| LLR | 0.311 | 0.307 | 7.61 | 8.01 |
| KNN | 0.856 | 0.753 | 3.48 | 4.78 |
| DTR | 0.851 | 0.707 | 3.54 | 5.20 |
| RFR | 0.942 | 0.854 | 2.21 | 3.68 |
| ETR | 0.987 | 0.868 | 1.04 | 3.50 |
| GBDT | 0.975 | 0.869 | 1.46 | 3.48 |
| XGBR | 0.986 | 0.897 | 1.07 | 3.09 |
| No. | Metal | Support | Reaction temperature/℃ | Butanol yield/% |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Au | MgAlOx | 334 | 57.1 |
| 2 | Ag | NaX | 322 | 53.9 |
| 3 | Cu | NC | 344 | 51.1 |
| 4 | Ca | NC | 332 | 48.7 |
| 5 | Be | NC | 327 | 46.9 |
| No. | Metal | Support | Reaction temperature/℃ | Butanol yield/% |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Au | MgAlOx | 334 | 57.1 |
| 2 | Ag | NaX | 322 | 53.9 |
| 3 | Cu | NC | 344 | 51.1 |
| 4 | Ca | NC | 332 | 48.7 |
| 5 | Be | NC | 327 | 46.9 |
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