一、需求背景:

催化相關(guān)產(chǎn)業(yè)在全球GDP占比20%-30%,優(yōu)良催化劑的開發(fā)是其核心。依據(jù)專家設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)合成在表征的方式設(shè)計(jì)催化劑,試錯(cuò)成本高、研發(fā)周期長,目前一些重要化工原料所使用的催化劑專利,很多是掌握在具有多年技術(shù)積累的國際化工巨頭手里,國內(nèi)化工企業(yè)要在短時(shí)間內(nèi)突破專利封鎖,開發(fā)出新的性能優(yōu)良的工業(yè)催化劑,不依靠新方法的介入將是一件非常困難的事情。

二、產(chǎn)品定位:

正是因?yàn)槿斯ぶ悄艿难该桶l(fā)展以及在化學(xué)/化工領(lǐng)域的快速介入,煙臺(tái)國工智能科技有限公司早早布局“AI+催化”方向,在實(shí)際項(xiàng)目中打磨技術(shù),打造出國內(nèi)首家專門針對(duì)催化劑開發(fā)的AI輔助研發(fā)平臺(tái)“GoCatal?”,將為國內(nèi)化工企業(yè)開發(fā)自己的催化劑IP助一臂之力!

三、產(chǎn)品簡介:

GoCatal?目前已包含的有針對(duì)于金屬-有機(jī)配體類均相催化劑開發(fā)相關(guān)模塊,和針對(duì)于無機(jī)晶體類、負(fù)載型等非均相催化劑的開發(fā)相關(guān)模塊,另外有金屬(合金類)及生物酶型催化劑開發(fā)的相關(guān)模塊待發(fā)布。這些模塊涵蓋了催化劑研發(fā)過程中的重要過程,如分子生成、性能預(yù)測(cè)、結(jié)構(gòu)生成、反應(yīng)預(yù)測(cè)、合成路線推薦、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化等等。

1、均相催化性能預(yù)測(cè)器

“性能預(yù)測(cè)器”和“分子生成器”,其中性能預(yù)測(cè)器其輸入為分子結(jié)構(gòu)(可來自于人工設(shè)計(jì)或算法合成),輸出為此分子的催化性能。

2、均相催化分子生成器

在有了清晰的“構(gòu)效關(guān)系”后,將其嵌入到分子生成算法中,算法便可以根據(jù)提示朝著所希望的性能去生成分子。結(jié)合前面的性能預(yù)測(cè)器一起使用,便形成一整套AI輔助下的催化劑設(shè)計(jì)工具。

分子生成:直到生成預(yù)測(cè)值全部滿足要求的分子,然后選擇其進(jìn)入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

除了前面舉的面向均相催化的“性能預(yù)測(cè)器”和“分子生成器”之外,還有“合成路線推薦器”、“結(jié)構(gòu)生成器(非均相催化)”、“單體生成器(高分子材料開發(fā))”、“實(shí)驗(yàn)優(yōu)化器(工藝包開發(fā))”等模塊,下面簡要介紹其應(yīng)用場(chǎng)景和功能。

3、高分子性能預(yù)測(cè)器

在高分子材料研發(fā)中,單體分子結(jié)構(gòu)與聚合工藝對(duì)高分子材料性能都有影響。開發(fā)一款高分子材料,關(guān)注的性能比如有拉伸強(qiáng)度、玻璃化溫度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性等等。所謂高分子性能預(yù)測(cè)器,是針對(duì)一類高分子材料,輸入單體,可以給出其二級(jí)結(jié)構(gòu)、三級(jí)結(jié)構(gòu),然后結(jié)合聚合工藝,進(jìn)一步預(yù)測(cè)其聚合性能。

4、高分子單體生成器

在高分子材料研發(fā)中,除了聚合工藝外,單體分子結(jié)構(gòu)是影響聚合物性能的主要因素。如何設(shè)計(jì)出新的單體結(jié)構(gòu),是一件具有挑戰(zhàn)性的事情。在單體-聚合性能關(guān)系建立后,即在“高分子性能預(yù)測(cè)器”的基礎(chǔ)上,可以連接“高分子單體生成器”,即根據(jù)所希望的性能,算法可以在廣闊的化學(xué)空間中,反推出可能對(duì)應(yīng)這些性能的單體分子結(jié)構(gòu)。

5、非均相催化性能預(yù)測(cè)器

非均相催化體系中,涉及到的催化劑往往以固相存在,而反應(yīng)物可能是氣相或液相,這種反應(yīng)體系更容易對(duì)催化劑進(jìn)行分離和回收利用。非均相催化劑可進(jìn)一步分為負(fù)載型、合金型等,其中構(gòu)成催化劑的元素及結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能有著關(guān)鍵影響。在反應(yīng)類型確定的情況下,“非均相催化性能預(yù)測(cè)器”可根據(jù)所輸入的催化劑結(jié)構(gòu),輸出所對(duì)應(yīng)的催化性能,比如活性、分子量、負(fù)載比等。

6、非均相催化結(jié)構(gòu)生成器

在非均相催化體系中,催化劑以固相或負(fù)載在固相上存在,而催化劑結(jié)構(gòu)、載體結(jié)構(gòu)對(duì)催化性能都有著影響。在“非均相催化性能預(yù)測(cè)器”的基礎(chǔ)上,后面連接“非均相催化結(jié)構(gòu)生成器”,可以根據(jù)所希望的催化性能,輸出所對(duì)應(yīng)的催化劑結(jié)構(gòu)、或載體結(jié)構(gòu)。

7、復(fù)合材料性能預(yù)測(cè)器(液晶、涂料、橡膠等)

對(duì)于液晶、涂料、橡膠復(fù)合材料,單體以某種配比進(jìn)行混合后,互相之間不發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),但混在一起展現(xiàn)出某種特定的物理性能,液晶、涂料、橡膠等都具有此類特點(diǎn)?！皬?fù)合材料性能預(yù)測(cè)器”經(jīng)過一定數(shù)據(jù)量的學(xué)習(xí),可以根據(jù)所輸入的單體信息(配比、分子結(jié)構(gòu)等),輸出復(fù)合材料的性能。基礎(chǔ)上,可以輸入所希望的材料性能,將輸出所對(duì)應(yīng)的單體配比,甚至單體分子結(jié)構(gòu)。

8、光電(電光)材料性能預(yù)測(cè)器

光電(電光)材料涉及到光電轉(zhuǎn)換或電光轉(zhuǎn)換,比如OLED(電→光)、光伏電池(光→電)等。這些材料的發(fā)光層或電荷傳輸層,其分子處于單體時(shí)所展現(xiàn)的性質(zhì)與形成器件之后往往會(huì)有較大差異。在一定數(shù)據(jù)量的學(xué)習(xí)下,“光電(電光)材料性能預(yù)測(cè)器”可以根據(jù)所輸入的分子結(jié)構(gòu),預(yù)測(cè)其形成器件之后所展現(xiàn)的光電(電光)性質(zhì)。

9、光電(電光)材料分子生成器

如果知道了分子形成器件后所展現(xiàn)出的光電性能,那么就可以根據(jù)所期望的性能,反推所對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)。所謂“光電(電光)材料分子生成器”,即在“光電(電光)材料性能預(yù)測(cè)器”基礎(chǔ)上,輸入所期望的光(電)性能,可以反推所對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)。

10、電池材料性能預(yù)測(cè)器

當(dāng)前電池材料研發(fā)主要包括正、負(fù)極和電解液,其中電解液中又有不同的添加劑。以電解液添加劑為例,添加劑的分子結(jié)構(gòu)與所展現(xiàn)的性能之間有著密切聯(lián)系。“電池材料性能預(yù)測(cè)器”可以根據(jù)所輸入的添加劑分子相關(guān)信息,輸出添加到電解液之后所展現(xiàn)出的性能。當(dāng)知道電池微觀尺度的分子結(jié)構(gòu)等信息與所展現(xiàn)的性能之間關(guān)系之后,可以提出所期望的性能,反推所對(duì)應(yīng)的微觀結(jié)構(gòu)。通過輸入所期望的電解液性能,輸出為對(duì)應(yīng)的添加劑信息(分子結(jié)構(gòu)、添加量等)。

11、合成路線推薦器

當(dāng)給定一個(gè)分子結(jié)構(gòu)之后(可能來自于文獻(xiàn)、專家設(shè)計(jì)、或算法推薦等),如何合成便成了接下來的重要問題。所謂“合成路線推薦器”,結(jié)合了當(dāng)前表現(xiàn)優(yōu)異的逆合成算法,可以根據(jù)輸入的目標(biāo)產(chǎn)物,輸出推薦的單步或多步合成路線。針對(duì)于特定類型反應(yīng),還可以給出反應(yīng)條件、收率等指標(biāo)的推薦數(shù)值。

12、有機(jī)反應(yīng)預(yù)測(cè)器

當(dāng)給定反應(yīng)物,如果能預(yù)知后續(xù)會(huì)發(fā)生什么樣的一系列反應(yīng),對(duì)于提高主產(chǎn)物收率、副產(chǎn)物利用等有著重要意義。“有機(jī)反應(yīng)預(yù)測(cè)器”,根據(jù)所輸入的反應(yīng)物,可以輸出可能得到的產(chǎn)物及產(chǎn)率分布。值得一提的是,與“合成路線推薦器”聯(lián)合使用,對(duì)于開發(fā)合成路線來說效果更佳。

13、實(shí)驗(yàn)優(yōu)化器

當(dāng)給定一條工藝路線之后,輸入所希望優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)(工藝)參數(shù)空間,如溫度、壓力、溶劑配比等,以及希望優(yōu)化的性能,如收率、反應(yīng)時(shí)間等,經(jīng)過少量的實(shí)驗(yàn)迭代,可以快速找到合適性能所對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)(工藝)參數(shù)。

國工智能:專業(yè)為流程制造業(yè)提供人工智能決策控制整體解決方案及落地服務(wù)。