計算能力解開了分子之謎

研究人員必須研究近10萬張這種類型的模擬圖像，才能確定是什么觸發(fā)了水分子的分裂。大量的計算能力投入到了這些模擬中。

化學反應總是發(fā)生在我們周圍-在我們呼吸的空氣中，在我們喝的水里，在生產(chǎn)我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫漠a(chǎn)品的工廠里。這些反應出乎意料的快。在給定的最佳條件下，分子可以在十億分之一秒內(nèi)相互反應。

工業(yè)界一直在努力實現(xiàn)更快更好的化工過程。制造氫，這需要分裂水分子，是一個例子。為了改善這一過程，研究人員需要知道不同的分子是如何相互作用的，以及是什么觸發(fā)了這些反應。計算機模擬可以研究一億億分之一秒內(nèi)發(fā)生的事情，因此，如果知道化學反應的順序，或者如果引發(fā)反應的觸發(fā)因素經(jīng)常發(fā)生，就可以研究反應的步驟。

但實際情況往往并非如此。分子反應經(jīng)常表現(xiàn)出不同的行為。最優(yōu)的條件往往不存在，比如用于制氫的水分子，這使得即使用計算機模擬也很難對反應進行研究。

直到最近，科學家們還不知道是什么引發(fā)了水分子的分裂。然而，眾所周知，水分子在分裂之前有10小時的壽命。十個小時聽起來可能不是很長，但與分子時間尺度，十億分之一秒，相比，它是相當長的。這使得確定導致水分子分裂的機制具有極大的挑戰(zhàn)性。就像大海撈針一樣。

NTNU的研究人員最近發(fā)現(xiàn)了一種方法來識別大海撈針。在他們的研究中，他們結合了兩種以前沒有一起使用過的技術。

他們研究了近10萬張這種類型的模擬圖像，然后才能確定是什么觸發(fā)了水分子的分裂。大量的計算能力投入到了這些模擬中。通過他們的特殊方法，研究人員設法精確地模擬了水分子是如何分裂的。NTNU化學系的研究員Anders Lervik說：“我們開始查看這10，000張模擬膠片，手工分析它們，試圖找出水分子分裂的原因。”

“在花了大量時間研究這些模擬電影之后，我們發(fā)現(xiàn)了一些有趣的關系，但我們也意識到，數(shù)據(jù)量太大了，無法手動調(diào)查所有東西?！毖芯咳藛T使用機器學習的方法來發(fā)現(xiàn)引發(fā)反應的原因。這種方法從未用于這種類型的模擬。通過這一分析，他們發(fā)現(xiàn)了一小部分變量，這些變量描述了是什么引發(fā)了這些反應。

他們的發(fā)現(xiàn)提供了關于因果機制的詳細知識，以及改進這一過程的想法。在這項研究中，為使工業(yè)化學反應更快、更有效地發(fā)生，已經(jīng)邁出了重要的一步。它為提高氫氣產(chǎn)量提供了很大的潛力。