学校近期在材料、能源等领域发表多篇高水平论文

校长魏世忠教授团队在材料领域国际顶级学术期刊《Advanced Materials》上发表最新研究成果

近日，我校校长魏世忠教授团队与北京大学郭少军教授合作，在材料领域国际顶级学术期刊《Advanced Materials》（影响因子26.8）上发表题为“Pt1/MnO2 Nanotip Inducing Local Electric Field Intensifies Oxygen Transport for High-Energy-Density Al-air Battery Stacks”（《Pt1/MnO2纳米尖端诱导局域电场增强氧气传质用于高能量密度铝空气电池电堆》）的高水平研究论文。郑州轻工业大学为第一署名单位，魏世忠教授和巩飞龙副教授为共同通讯作者，材料与化学工程学院青年教师宋敏博士和硕士研究生张红阁为共同第一作者。

该研究聚焦单原子催化剂在金属空气电池应用中氧气传输效率低的关键瓶颈问题，通过调控MnO2载体晶面，成功增强局域电场并优化活性位点配位微环境，显著降低空气阴极氧气传输阻力，提高Pt单原子浸出能垒，从而大幅提升氧还原反应活性和稳定性，实现铝-空气电池的高效稳定运行。实验数据显示，采用B-Pt1/MnO2催化剂的电池能量密度高达3690.6 Wh kg-1，在50 mA cm-2电流密度下表现出优异稳定性，性能优于目前已报道的同类催化剂。基于该催化剂的实验室电池可稳定为手机充电，组装的铝空气电堆能量密度达到480.2 Wh kg-1，接近美国能源部对动力电池的技术要求，并可稳定驱动180瓦电视工作。技术经济分析表明，该系统的成本仅为已报道铝空气电池的1/50，展现出在可持续能源领域的广阔应用前景。

本研究得到了国家自然科学基金重点项目等项目的资助。

文章链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adma.72745

能源与动力工程学院夏冲博士在能源类国际知名期刊《Energy Conversion and Management》上发表研究论文

近日，能源与动力工程学院夏冲博士在国际知名学术期刊《Energy Conversion and Management》（中国科学院一区TOP期刊，影响因子10.9）上发表题为“5E analysis and multi-objective optimization of a novel PGR/AB-AD-SOFC-GT-ORC hybrid system using machine learning and NSGA-II”（基于机器学习和NSGA-II算法的新型PGR/AB-AD-SOFC-GT-ORC混合系统5E分析与多目标优化）的高水平研究论文。夏冲博士为论文第一作者，郑州轻工业大学为论文第一署名单位。

城市固体废物气化制氢并耦合固体氧化物燃料电池（SOFC）发电，是一条兼具废物增值利用与清洁能源供给潜力的技术路径。在气化技术中，空气气化虽能实现自热运行，但存在氢气产率低的问题；水蒸气气化能提高氢气浓度，却需外部补热，传统的电加热和部分氧化技术缺陷明显。本研究提出一种新型PGR/AB-AD-SOFC-GT-ORC混合系统，利用SOFC阳极尾气燃烧产生的热量为热解气化反应器（PGR）供热，并将PGR与后燃室（AB）设计为一体化结构。研究对该混合系统开展了全面的5E分析，涵盖能量、㶲、㶲经济性、环境与效率维度。在此基础上，引入机器学习模型与NSGA-II多目标优化算法，以系统CO₂排放低于传统石油燃料系统（0.236 t/GJ）为约束，对最高发电效率和最低平准化能源成本（LCOE）进行优化。研究结果表明，在最佳折衷解下，系统㶲效率达43.60%，发电效率达44.03%，CO₂排放为0.229 t/GJ，LCOE为0.03959 $/kWh。该混合系统在提升能源效率的同时降低了排放与成本，为城市固废物制氢系统提供了一种可行的解决方案。

此项研究成果得到了河南省重点研发计划、河南省青年骨干教师、河南省科技攻关等项目资助和支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.enconman.2026.121375

能源与动力工程学院李国培博士在国际知名期刊《Water Research》上发表研究论文

近日，能源与动力工程学院李国培博士联合香港理工大学Lin Lu教授在国际知名学术期刊《Water Research》（中国科学院一区TOP期刊，影响因子12.4）上发表题为“Coupled heat and moisture transfer in elliptical semi-permeable membrane fiber bundles for membrane distillation desalination”（椭圆形半透膜纤维束在膜蒸馏海水淡化中的热湿耦合传递）的高水平研究论文。李国培博士为论文第一作者，郑州轻工业大学为论文第一署名单位。

中空纤维膜组件是膜蒸馏海水淡化中有效的热湿交换器。为研究纤维管加工过程中等周长椭圆变形和错流结构中低雷诺数湍流现象，本研究建立了低雷诺数k-ε湍流模型。研究了空气雷诺数、椭圆纤维半轴比等对膜组件内溶液和空气的流场、湍动能场、温度场以及浓度场的影响。结果表明，管束空气流场对温度场和浓度场有显著影响，空气与溶液之间的跨膜热传递显著强于跨膜水分传递。该研究对比了热质耦合边界条件和传统等壁温边界条件下传热传质准则数计算结果，发现热质耦合边界能显著提高椭圆中空纤维膜组件内湍流传质性能的预测精度。通过增大纤维管截面椭圆半轴比并减小纤维管间距，有效提高了膜组件热质传递综合性能。这些研究结果对组件的设计和优化具有重要的指导意义。

此项研究成果得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新人才、河南省科技攻关等项目资助和支持。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.124942

机电工程学院何文斌教授团队在《Reliability Engineering & System Safety》发表论文

近日，机电工程学院何文斌教授团队在可靠性领域国际权威学术期刊《Reliability Engineering & System Safety》（中科院一区TOP，影响因子11）发表题名为“Reliability-based Design Optimization of Hinge Sleeve using Adaptive E-SVM”（基于自适应E-SVM的铰链梁梁体可靠性设计优化）的高水平研究论文。机电工程学院李晓科副教授为论文第一作者。

在复杂工程结构轻量化设计过程中，设计参数不确定性与性能响应之间往往存在高度非线性的隐式关系，如何在小样本条件下高效、准确地完成结构可靠性分析与优化设计，是可靠性工程领域面临的重要挑战。针对上述问题，该研究提出了一种基于贝叶斯优化的E-SVM可靠性优化设计方法。该方法通过贝叶斯优化自适应融合多项式与高斯核函数，结合K折交叉验证优选超参数，构建了高精度、强泛化的聚合支持向量机模型。在此基础上，引入自适应采样策略与边界失效概率量化机制，逐步优化模型并实现可靠性分析的高效收敛。实验结果表明，该方法能有效提高代理模型精度，展现出良好的有效性和鲁棒性。

此项研究得到了国家自然科学基金、河南省科技攻关等项目的资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0951832025006350?getft_integrator=clarivate&pes=vor&utm_source=clarivate