特許ウォッチ

公開番号2025117587
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-13
出願番号2024012367
出願日2024-01-31
発明の名称電極触媒材料、材料探索プログラム、材料探索方法、及び材料探索装置
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類G16C 60/00 20190101AFI20250805BHJP(特定の用途分野に特に適合した情報通信技術)
要約【課題】新規な電極触媒材料、材料探索プログラム、材料探索方法、及び材料探索装置を提供すること。
【解決手段】学習アルゴリズムが異なる複数の機械学習モデルの各々に、化合物を表現した記述子を入力することにより、複数の化合物の各々の評価値の予測値を予測することと、予測値の大きさ順に複数の化合物を並べたリストを機械学習モデルごとに複数作成することと、複数のリストの上位に重複して現れた化合物を提示することと、を含む処理をコンピュータに実行させるための材料探索プログラムによる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
学習アルゴリズムが異なる複数の機械学習モデルの各々に、化合物を表現した記述子を入力することにより、複数の化合物の各々の評価値の予測値を予測することと、
前記予測値の大きさ順に前記複数の化合物を並べたリストを前記機械学習モデルごとに複数作成することと、
前記複数のリストの上位に重複して現れた前記化合物を提示することと、
を含む処理をコンピュータに実行させるための材料探索プログラム。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記記述子は、前記化合物に含まれる元素の組成比の族ごとの総和と、前記族における前記元素の電気陰性度、原子番号、原子量、電子親和力、イオン化エネルギ、中性子の散乱断面積又は吸収断面積、及びファンデルワールス半径のいずれかの平均値とを含む、請求項１に記載の材料探索プログラム。
【請求項３】
前記処理は、前記記述子として、前記評価値との間に相関がある記述子を選択することを更に含む、請求項１又は請求項２に記載の材料探索プログラム。
【請求項４】
前記処理は、前記評価値として、前記化合物の別の評価値との間に相関がある評価値を選択することを更に含む、請求項３に記載の材料探索プログラム。
【請求項５】
前記評価値は、過電圧、電流密度、及びＴａｆｅｌ勾配のいずれかである、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の材料探索プログラム。
【請求項６】
前記処理は、前記複数のリストの上位に重複して現れた回数ごとに前記化合物を提示することを更に含む、請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の材料探索プログラム。
【請求項７】
前記処理は、前記複数のリストの上位に重複して現れた前記化合物の前記予測値の前記複数のリストにわたる平均値を提示することを更に含む、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の材料探索プログラム。
【請求項８】
前記学習アルゴリズムは、カーネル関数として動径基底関数を用いるガウス過程回帰、カーネル関数として有理二次カーネルを使用するガウス過程回帰、ＮＧＢｏｏｓｔ、ＸＧＢｏｏｓｔ、及びランダムフォレストのいずれかである、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の材料探索プログラム。
【請求項９】
前記上位は、前記複数のリストの各々において予め定められた順位よりも上の順位である、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の材料探索プログラム。
【請求項１０】
学習アルゴリズムが異なる複数の機械学習モデルの各々に、化合物を表現する記述子を入力することにより、複数の化合物の各々の評価値の予測値を予測することと、
前記予測値の大きさ順に前記複数の化合物を並べたリストを前記機械学習モデルごとに複数作成することと、
前記複数のリストの上位に重複して現れた前記化合物を提示することと、
を含む処理をコンピュータが実行する材料探索方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極触媒材料、材料探索プログラム、材料探索方法、及び材料探索装置に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
地球温暖化等の地球環境問題に対処するために、化石燃料に代わるクリーンなエネルギ源であるグリーン水素が注目されている。グリーン水素は、製造時も使用時も二酸化炭素を排出しない地球環境にやさしいエネルギ源である。
【０００３】
グリーン水素の製造方法として水の電気分解によって製造する方法がある。水の電気分解では、カソード電極からグリーン水素を生成し、アノード電極から酸素を生成する。酸素を生成するためのアノード電極としては、集電電極の表面に電極触媒を設けた電極が使用される。また、水に様々な気体や分子を混合することで様々な有用物質を合成できる。例えば、二酸化炭素を混合させることでグリーン水素を生成させる代わりに二酸化炭素を還元してメタノールや酢酸塩の生成ができる。前者は燃料であり、後者は様々な有用なタンパク質を生成するための出発材料になる。電極触媒材料は、目的の物質を生成するために電気分解を長時間行っても劣化し難い耐久性が高い材料であるのが好ましい。そのため、耐久性が高い白金、ルテニウム、及びイリジウム等の白金族元素が電極触媒材料として使用されている。これらの元素は、過電圧が低いため低電圧で水や基質を電気分解でき、少ない消費電力でグリーン水素、メタノール、及び酢酸塩等を生成できるというメリットも併せ持つ。
【０００４】
但し、白金族元素は産出量が少なくそのコストも高いため、グリーン水素等の有用な物質を大量生産する場合に必要となる大量の電極材料を賄うのが難しい。そこで、白金族元素を含まないにも関わらず、白金族元素に匹敵する過電圧を有する電極触媒材料の開発が盛んに行われている（非特許文献１、２）。電極触媒材料が複数の元素からなる化合物の場合、その元素の組み合わせと組成比の候補数は膨大となり、人間が自身の経験や知識に基づいて実験計画を立てて有限の時間内に所望の特性を示す電極触媒材料を発見することは極めて困難である。そのため、機械学習等を利用したデータ駆動型手法で新規な電極触媒材料を探索する手法が盛んに研究されている（非特許文献３）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
ＮｉｎｇＷａｎｇ、他１７名、“Ｈｙｄｒａｔｉｏｎ－Ｅｆｆｅｃｔ－ＰｒｏｍｏｔｉｎｇＮｉ-ＦｅＯｘｙｈｙｄｒｏｘｉｄｅＣａｔａｌｙｓｔｓｆｏｒＮｅｕｔｒａｌＷａｔｅｒＯｘｉｄａｔｉｏｎ”、ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓ、第３２巻、第１９０６８０６頁、２０２０年
ＨｉｒｏｋｉＫｏｍｉｙａ、他２名、“ＥｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｆｏｒＯｘｙｇｅｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎＲｅａｃｔｉｏｎＯｖｅｒＮｏｎ－ＮｏｂｌｅＭｅｔａｌＥｌｅｃｔｒｏｄｅｓＡｃｈｉｅｖｉｎｇＨｉｇｈＣｕｒｒｅｎｔＤｅｎｓｉｔｙｉｎｔｈｅＰｒｅｓｅｎｃｅｏｆＣｈｌｏｒｉｄｅＩｏｎ”、ＣｈｅｍＳｕｓＣｈｅｍ、第１５巻、第２０２２０１０８８頁、２０２２年
ＫｅｎＳａｋａｕｓｈｉ、他２名、“Ｈｕｍａｎ－ＭａｃｈｉｎｅＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｏｎｆｏｒＡｃｃｅｌｅｒａｔｅｄＤｉｓｃｏｖｅｒｙｏｆＰｒｏｍｉｓｉｎｇＯｘｙｇｅｎＥｖｏｌｕｔｉｏｎＥｌｅｃｔｒｏｃａｔａｌｙｓｔｓｗｉｔｈＯｎ－ＤｅｍａｎｄＥｌｅｍｅｎｔｓ”、ＡＣＳＣｅｎｔｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ、第９巻、第２２１６頁、２０２３年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一つの側面では、本発明は、新規な電極触媒材料、材料探索プログラム、材料探索方法、及び材料探索装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一つの側面によれば、材料探索プログラムは、学習アルゴリズムが異なる複数の機械学習モデルの各々に、化合物を表現した記述子を入力することにより、複数の化合物の各々の評価値の予測値を予測することと、前記予測値の大きさ順に前記複数の化合物を並べたリストを前記機械学習モデルごとに複数作成することと、前記複数のリストの上位に重複して現れた前記化合物を提示することと、を含む処理をコンピュータに実行させる。
【０００８】
上記材料探索プログラムにおいて、前記記述子は、前記化合物に含まれる元素の組成比の族ごとの総和と、前記族における前記元素の電気陰性度、原子番号、原子量、電子親和力、イオン化エネルギ、中性子の散乱断面積又は吸収断面積、及びファンデルワールス半径のいずれかの平均値とを含んでもよい。
【０００９】
上記材料探索プログラムにおいて、前記処理は、前記記述子として、前記評価値との間に相関がある記述子を選択することを更に含んでもよい。
【００１０】
上記材料探索プログラムにおいて、前記処理は、前記評価値として、前記化合物の別の評価値との間に相関がある評価値を選択することを更に含んでもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許