PofoliaPofolia ile paylaşıldı

Journal of Chemical Theory and Computation· 2026Q1

DFT Tabanlı Yapay Sinir Ağı Potansiyelleri Sulu Magnezyum Çözeltilerinde Yapıyı, Solvasyonu ve Su Değişim Özelliklerini Yeniden Üretebilir mi?

Can DFT-Trained Neural Network Potentials Reproduce Structure, Solvation, and Water-Exchange Properties in Aqueous Magnesium Solutions?

Sebastian Falkner, Pablo Montero de Hijes, Christoph Dellago A, Nadine Schwierz

Kısa özet

DFT verileriyle eğitilmiş MACE yapay sinir ağı potansiyelleri (NNP'ler), Mg2+ hidratasyon yapısını, difüzyonunu, iyon eşleşmesini ve su değişim oranlarını (deneylere 1 mertebe dahilinde) doğru bir şekilde yeniden üretir, ancak solvasyon serbest enerjisini hafife alır.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Ana noktalar

  • MACE yapay sinir ağı potansiyelleri (NNP'ler), Mg2+ hidratasyon kabuğu yapısını ve difüzyon katsayılarını doğru bir şekilde modeller.
  • NNP'ler, Mg2+ için ayrışmacı su değişim mekanizmasını yakalar ve deneysel değerlere 1 mertebe dahilinde oranlar elde eder.
  • Klasik kuvvet alanları, Mg2+ için yapısal, termodinamik ve kinetik çözüm özelliklerini aynı anda yeniden üretmede başarısız olur.
  • NNP'ler, deneysel solvasyon serbest enerjisini önemli ölçüde hafife alarak yerel NNP mimarilerindeki sınırlamaları vurgular.

Yapay zekâ ile başlık ve abstract'tan üretildi; tam metin okunmaz.

Özet (abstract)

Abstract Magnesium ions play an essential role in many biological processes but remain challenging to model in biomolecular simulations. Despite considerable scientific effort, classical force fields fail to simultaneously reproduce key structural, thermodynamic, and kinetic solution properties, likely due to their inability to explicitly account for quantum many-body effects. Here, we develop and systematically benchmark MACE neural network potentials (NNPs) for aqueous MgCl2 solutions, trained on revPBE-D3/zd and revPBE0-D3/zd density functional theory reference data, and assess their ability to reproduce a broad range of experimental solution properties including the structure of the first hydration shell, diffusion coefficient, activity derivative, water-exchange rate, and mechanism as well as solvation free energy. Both NNPs accurately reproduce the octahedral structure of the first hydration shell, ion-pairing properties, and diffusion coefficients. Combining the NNPs with transition path sampling and other enhanced sampling techniques allows us to capture the rare event of water exchange in the first hydration shell of Mg2+, revealing a dissociative exchange mechanism. Transition interface sampling yields exchange rates within 1 order of magnitude of experiment, representing a substantial improvement over classical dissociative force fields. In contrast, the NNP-derived solvation free energy significantly underestimates the experimental value, revealing a limitation of the present local NNP architecture for describing ion solvation thermodynamics. Our results demonstrate that DFT-trained NNPs can accurately describe Mg2+ hydration structure, diffusion, ion pairing, and exchange kinetics while highlighting limitations of local NNP architectures and the importance of long-range electrostatic contributions to achieve quantitative agreement with experimental ion solvation free energies.

Yazarların özeti; kaynağından alınmıştır. Journal of Chemical Theory and Computation, 2026 · DOI ↗

ÇıkarımlarPremium
Makaleye SorÜcretsiz hesapla

Ücretsiz hesapla devam et

Makaleye Sor ile bu makaleye günde 3 soru ücretsiz; makaleyi kaydet, kaynakçasını al, ilgi alanına göre her gün yeni özetler. Çıkarımlar Premium.

Web'de ücretsiz devam et

Google ya da Apple hesabınla giriş; kart istemez. Bu makaleye geri dönersin.

Telefonda:

Alan: Malzeme Kimyası

Materials ChemistryMaterials Science