Auf der Suche nach einer Grammatik der Materialien

Eine Forschungsgruppe der Abteilung Theorie hat die Verwendung formaler Grammatiken als neuen Ansatz zur Entdeckung fester Katalysatoren untersucht. Solche Grammatiken können die Konstruktionsregeln bekannter Materialien kodieren und anschließend unbekannte Materialien mit ähnlichen Eigenschaften vorschlagen. Die Berliner Wissenschaftler nutzten ein Konzept aus der Computerlinguistik und arbeiteten dabei mit US-amerikanischen und südkoreanischen Kollegen zusammen.
 

Die Entdeckung neuer katalytisch aktiver Materialien ist von großer Bedeutung, um die Einführung erneuerbarer Energiequellen zu beschleunigen und den Energieverbrauch der chemischen Industrie zu senken. Diese Suche stellt eine große Herausforderung dar, da Katalysatoren eine Vielzahl von Bedingungen erfüllen müssen, z. B. hohe Aktivität, Elementhäufigkeit, geringe Toxizität und Langzeitstabilität. Gleichzeitig gibt es eine praktisch unendliche Anzahl von Materialien, die potenziell interessant sein könnten. Der in dieser Arbeit vorgeschlagene grammatikbasierte Ansatz entwickelt systematische Konstruktionsregeln auf der Grundlage physikalischer Erkenntnisse oder bekannter Materialien. Diese Regeln ermöglichen dann die gezielte Generierung vielversprechender Kandidaten, wie für einfache ionische Materialien gezeigt wurde.

Dieser erste Erfolg ist zwar vielversprechend, aber es ist klar, dass der Weg zu einer Grammatik für die heterogene Katalyse noch weit ist. Echte Katalysatoren sind komplexe Strukturen, die sich unter Betriebsbedingungen dynamisch anpassen. Die Suche nach grammatikalischen Produktionsregeln, die diese Komplexität erfassen, ist alles andere als trivial. Die Forscher skizzieren mehrere mögliche Wege zu diesem Ziel, wie etwa die Ableitung von Grammatiken aus Daten mithilfe künstlicher Intelligenz.