日本豐田汽車成功透過物質的X射線光電子能譜(XPS)篩選出具備氧吸放能力的候選材料。氧吸放材料可對廢氣中的氧進行吸附與釋放,從而促進廢氣淨化反應。豐田汽車證實,即使未直接測量材料的氧吸放性能,也能從XPS資料推估其表現。若將此方法進一步應用,可望跨領域共用材料資料,加速尋找更契合企業需求的材料。
豐田汽車以724種氧化物的XPS數據為母體,尋找具氧吸放功能的銅鈮氧化物。研究團隊首先測量包含錳氧化物、氧化鐵、鎳氧化物等60種氧化物的XPS與氧吸放性能,並與724種XPS資料整合後進行映射分析。透過維度縮減(Dimensionality Reduction)的UMAP技術,依據XPS數據特徵將材料分群。結果顯示,在已知高性能氧化物的附近(前20名範圍內),成功定位出將銅鈮氧化物,可見僅依據60種已知材料的資料,即能有效縮小高性能候選材料的範圍。此外,使用主成份分析亦能由XPS數據推估材料性能,預測值為2,122,實驗值則為2,290,兩者高度接近。
研究指出,材料的氧吸放性能與凝聚能、能隙(Bandgap)、氧與陽離子間的平均距離等性質相關,而其中凝聚能與能隙等資訊本身就包含在XPS數據中。因此,即使未直接測量性能,若能掌握部分相關訊息,亦可藉此作為指標,找出具潛力的候選材料。藉由此方法,將可望從其他領域使用的材料中發掘全新的候選材料。今後豐田汽車將進一步透過分析方法的最佳化與資料共享的擴大,提高跨領域材料開發的效率。