• Facebook
  • LinkedIn
  • KONTAKT
  • ANNONCERING
  • OM KEMIFOKUS
  • PARTNERLOGIN

KemiFOKUS

Fokus på kemi

  • Analytisk kemi
  • Arbejdsmiljø/Indeklima
  • Biokemi
  • Biologi
  • Bioteknologi
  • Branchenyt
  • Energi
  • Fødevarekemi
  • Historisk kemi
  • Kemiteknik
  • Kemometri
  • Klikkemi
  • Klima og miljø
  • Lovgivning og patenter
  • Medicinalkemi
  • Nanoteknologi
  • Organisk kemi
  • Artikler fra Dansk Kemi

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026 | Heidi Thode

Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026 | Heidi Thode

Kvantekemi gav os evnen til at forstå kemiske processer på atomart niveau. AI gør det nu muligt at anvende denne forståelse på realistiske og komplekse systemer.

Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder
(læs originalartiklen her)

Af Mie Andersen, Marius Juul Nielsen og Luuk Kempen, Institut for Fysik og Astronomi, Aarhus Universitet

Forskning i, hvordan faste stoffers overflader kan katalysere kemiske reaktioner, går over 100 år tilbage. Et af de mest kendte eksempler er Fritz Haber og Carl Boschs udvikling af en jernbaseret katalysator til industriel produktion af ammoniak – et gennembrud, der førte til Nobelpriser i kemi i 1918 og 1931.
Fra 1990’erne blev det muligt at supplere laboratorieforsøg med computerberegninger. Fremskridt inden for kvantekemiske metoder, især tæthedsfunktionalteori (DFT), gjorde det muligt med høj nøjagtighed at beskrive molekylære processer som dannelse og brydning af kemiske bindinger.
En grundlæggende udfordring har imidlertid været, at DFT-beregninger kræver betydelige computerressourcer. Derfor har beregningsstudier af katalyse traditionelt været begrænset til stærkt forsimplede modeller af overflader og reaktionsmekanismer (figur 1a). Denne situation er nu ved at ændre sig markant. Nye AI-baserede metoder kan udføre beregninger med en hastighed, der tidligere var utænkelig, samtidig med at de bevarer en nøjagtighed tæt på DFT. Det åbner mulighed for at studere langt mere realistiske katalysatorer og kemiske processer end hidtil.

Maskinlæringspotentialer
En af de vigtigste udviklinger inden for AI-baserede beregningsmetoder er maskinlæringspotentialer baseret på neurale netværk [1]. På få år har de revolutioneret beregninger inden for katalyse og overfladekemi samt relaterede discipliner som biokemi og materialefysik. Et neuralt netværk består af mange forbundne enheder, kaldet neuroner. Man kan betragte det som en fleksibel matematisk model med et meget stort antal parametre, som automatisk tilpasses et datasæt under træningen.
For maskinlæringspotentialer består træningsdata af atomare strukturer – for eksempel molekyler eller faste stoffer – samt deres energier og de kræfter, der virker på atomerne. Disse data beregnes med kvantekemiske metoder som DFT. Under træningen justeres modellens parametre, så den lærer sammenhængen mellem atomernes placering og systemets energi og kræfter. Når træningen er afsluttet, kan modellen effektivt forudsige energier og kræfter for nye atomare strukturer uden at skulle udføre en ny kvantekemisk beregning.

AI til katalyse
I vores forskning udvikler vi AI-baserede beregningsmetoder til at designe katalysatorer, der kan omdanne drivhusgassen CO2 til værdifulde kemiske produkter som metanol. En central udfordring er, at realistiske katalysatorer er langt mere komplekse end de idealiserede modeller, der traditionelt anvendes i beregninger. De består ofte af flere materialer, for eksempel metaller og oxider, og de kemiske reaktioner kan følge mange forskellige reaktionsveje (figur 1b og c).
På en simpel metaloverflade, for eksempel kobber, findes kun få forskellige typer reaktionssteder (sites), hvor molekyler kan adsorbere og reagere. På en mere realistisk katalysator med både oxid- og metalkomponenter findes der derimod et stort antal ikke-ækvivalente sites, som alle kan have forskellige kemiske egenskaber. For at forstå katalysatoren må man derfor undersøge reaktioner på mange forskellige sites på overfladen, hvilket hurtigt fører til et meget stort antal nødvendige beregninger.
I et nyligt studie udviklede vi et maskinlæringspotentiale, der kan forudsige reaktionsbarrierer på tværs af de mange forskellige sites på oxidpartikler understøttet af en metaloverflade [2]. Modellen gør det muligt at beregne reaktionsbarrierer med en nøjagtighed tæt på DFT, men til en brøkdel af beregningsomkostningerne. Dermed bliver det praktisk muligt systematisk at kortlægge, hvordan den lokale atomstruktur påvirker katalysatorens aktivitet, og hvilke egenskaber der gør bestemte steder mere aktive end andre.

Universelle maskinlæringspotentialer
En af de mest markante nyskabelser i de senere år er fremkomsten af universelle maskinlæringspotentialer. Hvor traditionelle maskinlæringspotentialer ofte udvikles til ét specifikt materiale eller problem, forsøger universelle modeller at lære generelle mønstre på tværs af hele det kemiske rum [3].
Udviklingen kan sammenlignes med den rolle, som ChatGPT og andre large language models (LLM’er) har fået inden for tekstbehandling. LLM’er trænes på enorme tekstmængder og kan derfor generere meningsfuld tekst om næsten ethvert emne. På samme måde trænes universelle maskinlæringspotentialer på store mængder kvantekemiske data, så de kan forudsige energier og kræfter for mange forskellige kemiske strukturer – fra små molekyler og krystaller til kemiske reaktioner i gasfasen eller på overflader.
Ligesom LLM’er er de universelle modeller dog ikke fejlfrie. Som vi har vist i et nyligt studie [4], kan de give upræcise resultater for katalytiske systemer, der ligger uden for de typer af strukturer, de er trænet på, eller for særligt vanskelige kemiske problemstillinger. Alligevel udvikler feltet sig med en bemærkelsesværdig hastighed. Nye modeller offentliggøres hver måned og opnår stadig højere nøjagtighed og bedre evne til at generalisere til nye kemiske systemer. Udviklingen drives ikke alene af universiteter og forskningsinstitutioner; også store teknologivirksomheder som Google, Microsoft og Meta investerer betydelige ressourcer i at udvikle næste generation af universelle maskinlæringspotentialer.
Selv om de universelle modeller endnu ikke generelt kan beregne reaktionsbarrierer med samme nøjagtighed som kvantekemiske metoder, udgør de allerede et stærkt udgangspunkt. Ved at videretræne modellerne på et relativt lille, systemspecifikt datasæt kan deres nøjagtighed forbedres betydeligt [5]. I et nyligt samarbejde med forskere fra Carnegie Mellon University har vi udviklet en metode til netop denne type finjustering for overfladereaktioner, som gør det muligt at opnå DFT-lignende nøjagtighed med beskedne computerressourcer [6].

Yderligere perspektiver
Maskinlæringspotentialer er på få år blevet et centralt værktøj inden for atomistisk modellering og anvendes i dag i forskning inden for kemi, materialefysik, biokemi, geovidenskab og astrokemi. I vores forskning anvender vi dem også til at undersøge, hvordan molekyler som H2O, CO2 og CO binder til mikroskopiske støvkorns overflader og danner is i det interstellare rum (figur 2) [7]. Disse isdækkede støvkorn fungerer som reaktionssteder, hvor komplekse organiske molekyler kan dannes. Nogle af disse, for eksempel sukkerstoffer [8], kan have været blandt byggestenene i den præbiotiske kemi, der gik forud for livets opståen. Med AI-baserede beregningsmetoder kan vi nu studere disse processer med en hidtil uset detaljeringsgrad og dermed opnå en bedre forståelse af kemien i støv- og gasskyer, hvor nye stjerner og planeter dannes.
Udviklingen af maskinlæringspotentialer går i øjeblikket meget hurtigt. Sammen med stadig kraftigere AI-modeller tegner det et billede af en fremtid, hvor beregninger, der tidligere var urealistiske, bliver rutine. Det åbner nye muligheder for at forstå og designe materialer og kemiske processer – fra katalysatorer til den kemi, der finder sted mellem stjernerne.

E-mail:
Mie Andersen: mie@phys.au.dk

Litteratur
1. Behler, J. and M. Parrinello, Generalized Neural-Network Representation of High-Dimensional Potential-Energy Surfaces. Physical Review Letters, 2007. 98(14): p. 146401.
2. Kempen, L.H.E., M.J. Nielsen, and M. Andersen, Breaking Scaling Relations with Inverse Catalysts: A Machine Learning Exploration of Trends in CO2-to-Formate Energy Barriers. ACS Catalysis, 2025. 15(21): p. 17635–17644.
3. Chen, C. and S.P. Ong, A universal graph deep learning interatomic potential for the periodic table. Nature Computational Science, 2022. 2(11): p. 718–728.
4. Kempen, L.H.E., R. Cheula, and M. Andersen, How accurate are foundational machine learning interatomic potentials for heterogeneous catalysis? The Journal of Chemical Physics, 2026. 164(19).
5. Focassio, B., L.P. M. Freitas, and G.R. Schleder, Performance Assessment of Universal Machine Learning Interatomic Potentials: Challenges and Directions for Materials’ Surfaces. ACS Applied Materials & Interfaces, 2024. 17(9): p. 13111–13121.
6. Cheula, R., M. Andersen, and J.R. Kitchin, Fine-tuning universal machine learning potentials for transition state search in surface catalysis. npj Computational Materials, 2026 (in press).
7. Vaishnav, A., N.M. Mikkelsen, and M. Andersen, Machine Learning Exploration of Binding Energy Distributions of H2O at Astrochemically Relevant Dust Grain Surfaces. ACS Earth and Space Chemistry, 2026. 10(5): p. 1380–1390.
8. Jiménez-Serra, I., et al., Detection of a four-carbon sugar in interstellar space. Nature Astronomy, 2026 (in press).

BOKS:
Beregningsmetoder

Kvantemekanik
Kemiske reaktioner bestemmes af, hvordan elektroner og atomkerner vekselvirker. Kvantemekanikken giver i princippet mulighed for at beregne disse vekselvirkninger og dermed systemets energi. I praksis er beregningerne (via Schrödingerligningen, vist nedenfor) dog meget krævende, især når mange atomer og elektroner skal beskrives samtidig.

(ligning)

Tæthedsfunktionalteori (DFT)
DFT er en kvantekemisk metode, der gør det muligt at beregne energier og kræfter for systemer med mange atomer ved at bruge en simplere model for vekselvirkningerne mellem elektronerne. DFT bruges derfor ofte som reference, når man vil forstå kemiske reaktioner på atomart niveau.

Maskinlæringspotentialer
Et maskinlæringspotentiale kan i stedet lære sammenhængen mellem atomernes placering og den energi og de kræfter, so en kvantekemisk beregning ville give. Dermed bliver det muligt at udføre beregninger for meget større systemer og over længere tidsskalaer end muligt med DFT.

Universelle maskinlæringspotentialer
Her tages skridtet videre. I stedet for at træne til ét bestemt materiale, trænes de på meget store datasæt, der dækker mange forskellige grundstoffer og kemiske strukturer. Målet er at få én model, der kan bruges på tværs af mange typer kemi.

Skrevet i: Artikler fra Dansk Kemi

Seneste nyt fra redaktionen

Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

BiokemiMedicinalkemiTop26. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har udviklet ny teknologi, der genkender og måler koncentrationen af lægemidler i blodet på under 10 minutter. Den hurtigere svartid kan betyde forskellen på liv og død. Minutterne tæller, når en patient med en blodprop i hjernen ankommer til akutmodtagelsen på

Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

AktueltKlima og miljø26. 10. 2026

Svanemærkets krav til medicinsk udstyr og lægemidler i plast og silikone er netop blevet skærpet. Samtidig kan en lang række nye produkttyper som iltmasker og sprøjter nu også opnå det officielle nordiske miljømærke. Fra ilt- og bedøvelsesmasker til blod- og dialyseposer: Svanemærket har

Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

AktueltArtikler fra Dansk KemiBioteknologi19. 10. 2026

Forskere undersøger, hvordan mælkesyrebakterier fra honningbier kan bruges til at udvikle næste generation af plantebaserede fødevarer. Ved hjælp af avanceret droplet microfluidics kan tusindvis af bakteriestammer hurtigt screenes for deres evne til at fermentere plantebaserede råvarer og producere

Ny metode kan reparere fejl i gener

AktueltBioteknologiMedicinalkemi19. 10. 2026

Forskere fra Aarhus Universitet har vist, at en ny form for genbehandling kan rette fejl i patienters stamceller. På sigt kan metoden måske bruges til behandling af sjældne, arvelige sygdomme, som påvirker vores immunforsvar. Nogle mennesker bliver født med en fejl i deres genetiske

Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

AktueltBranchenytMedicinalkemiOrganisk kemi12. 10. 2026

Nogle molekyler, såsom aminosyrer, findes i to varianter, der er hinandens spejlbilleder. Levende organismer indeholder imidlertid kun det ene af disse spejlbilleder. Hvordan en sådan kemisk asymmetri kunne være opstået, har længe været et mysterium for kemikere. Henri B. Kagan og Kenso Soai blev i

Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

AktueltBiologi12. 10. 2026

Alt er anderledes i rummet – også hvordan tarmene fungerer. Forstoppelse er en kendt bivirkning ved rumfart, men indtil nu har man vidst utroligt lidt om, hvorfor det sker. Nu har forskere fra Københavns Universitet i et samarbejde med NASA undersøgt blod fra astronauter og har et bud på, hvorfor

Grundstoffer med kant

Artikler fra Dansk KemiBranchenyt07. 10. 2026

Thomas Just Sørensen: Universets byggeklodser. 283 sider. Boganmeldelsen er bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Anmeldt af Søren Kiil, professor, DTU Kemiteknik Det periodiske system er kemiens

Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

Artikler fra Dansk KemiKemiteknik07. 10. 2026

Ny viden og avanceret testning skal sikre mere holdbare og bæredygtige beskyttelsessystemer til fremtidens infrastruktur. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og kan læses uden illustrationer, strukturer eller ligninger herunder(læs originalartiklen her) Af Ziyou Li, Joshua

Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

Artikler fra Dansk KemiFødevarekemi07. 10. 2026

Tekstureret vegetabilsk protein bruges til at fremstille plantebaserede kødanaloger. pH og ionstyrke påvirker proteiners konformation og interaktion med vandmolekyler, så vi satte os for at undersøge, hvordan pH og ionstyrke påvirker rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein. Artiklen har

Hvad skal kalken bruges til?

Artikler fra Dansk Kemi07. 10. 2026

Fra en brønd på en jysk mark til borekerner i kælderen under Aarhus Universitet: 55 millioner år gammel vulkansk aske kan måske hjælpe med at gøre CO₂ til sten. Samtidig forsøger dansk industri at vende kalkens gamle kulstofkredsløb på hovedet. Artiklen har været bragt i Dansk Kemi nr. 5, 2026 og

Tilmeld Nyhedsbrev

Tilmeld dig til dit online branchemagasin/avis

Få fuld adgang til indlægning af egne pressemeddelelser...
Læs mere her
This message is only visible to admins.
Problem displaying Facebook posts. Backup cache in use.
Click to show error
Error: (#200) Provide valid app ID Type: OAuthException

Læs også magasinet Dansk Kemi

Nyeste udgave af magasinet "Dansk Kemi" kan læses online, ved at klikke på bladforsiden.
Herfra er der desuden adgang til online-arkivet med tidligere udgivelser.

Seneste Nyheder

  • Ny blodprøveteknologi kan give svar på 10 minutter

    26.10.2026

  • Nu kan langt mere medicinsk udstyr blive svanemærket

    26.10.2026

  • Udnyttelse af biernes bakterier til udvikling af innovative plantebaserede fødevarer

    19.10.2026

  • Ny metode kan reparere fejl i gener

    19.10.2026

  • Nobelprisen i Kemi belønner forskning i molekylernes spejlbilleder

    12.10.2026

  • Astronauters maver går i stå i rummet – blodprøver giver nyt svar

    12.10.2026

  • Grundstoffer med kant

    07.10.2026

  • Evaluering af rustbeskyttende maling under barske maritime forhold

    07.10.2026

  • Hvordan får vi saftige plantebøffer? Rehydrering af tekstureret vegetabilsk protein

    07.10.2026

  • Hvad skal kalken bruges til?

    07.10.2026

  • Biotin[6]uril – en makrocyklisk forbindelse, der vekselvirker med anioner

    07.10.2026

  • “I dybden med kemi” og “Klædt på til skriftlig kemi”

    07.10.2026

  • Fra sjældne ædelmetaller til jern og mangan: Jagten på bæredygtige fotoaktive materialer

    07.10.2026

  • Fra kvantekemi til AI: Nye værktøjer til overfladekemi

    07.10.2026

  • Fra elastik til batteri

    07.10.2026

Alle nyheder ›

/Brochurer
/White papers

  • Ergonomi og sikkerhed brochure
  • Renseanlæg-katalog
  • Biogaskatalog
  • Celledyrkningskatalog
  • Minikatalog
Se alle ›

Læs Dansk Kemi online

Annoncering i Dansk Kemi

KONTAKT

TechMedia ApS
Gammel Strandvej 20, 1th
DK - 2990 Nivå
www.techmedia.dk
Telefon: +45 43 24 26 28
E-mail: info@techmedia.dk

Privatlivspolitik
Cookiepolitik
Administrer samtykke
For at give dig de bedste oplevelser bruger vi teknologier som cookies til at gemme og/eller få adgang til enhedsoplysninger. Hvis du giver dit samtykke til disse teknologier, kan vi behandle data som f.eks. browsingadfærd eller unikke ID'er på dette websted. Hvis du ikke giver dit samtykke eller trækker dit samtykke tilbage, kan det have en negativ indvirkning på visse funktioner og egenskaber.
Funktionsdygtig Altid aktiv
Den tekniske lagring eller adgang er strengt nødvendig med det legitime formål at muliggøre brugen af en specifik tjeneste, som abonnenten eller brugeren udtrykkeligt har anmodet om, eller udelukkende med det formål at overføre en kommunikation via et elektronisk kommunikationsnet.
Præferencer
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for det legitime formål at lagre præferencer, som abonnenten eller brugeren ikke har anmodet om.
Statistikker
Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til statistiske formål. Den tekniske lagring eller adgang, der udelukkende anvendes til anonyme statistiske formål. Uden en stævning, frivillig overholdelse fra din internetudbyders side eller yderligere optegnelser fra en tredjepart kan oplysninger, der er gemt eller hentet til dette formål alene, normalt ikke bruges til at identificere dig.
Marketing
Den tekniske lagring eller adgang er nødvendig for at oprette brugerprofiler med henblik på at sende reklamer eller for at spore brugeren på et websted eller på tværs af flere websteder med henblik på lignende markedsføringsformål.
  • Vælg muligheder
  • Administrer tjenester
  • Administrer {vendor_count} leverandører
  • Læs mere om disse formål
Vælg fra liste
  • {title}
  • {title}
  • {title}