合工大近期科研進展

近日合工大科研團隊

在解析數(shù)論

柔性配電網(wǎng)差異化適變運行

乙醇電催化氧化反應(yīng)領(lǐng)域

取得重要進展

一起來看

一

解析數(shù)論領(lǐng)域

數(shù)學(xué)學(xué)院吳小勝教授團隊在解析數(shù)論領(lǐng)域取得重要進展，相關(guān)研究論文被國際知名數(shù)學(xué)期刊《Algebra & Number Theory》正式錄用，合肥工業(yè)大學(xué)為唯一署名單位。

Dirichlet L-函數(shù)中心點非零問題是一個備受關(guān)注的數(shù)學(xué)公開問題，邵逸夫獎得主Iwaniec、沃爾夫獎得主Sarnak等著名學(xué)者均曾投身該問題的研究。吳小勝團隊通過深入探究Kloosterman和成功突破Mollifier長度的傳統(tǒng)限制，為該問題的后續(xù)探索提供了新的研究思路。

吳小勝團隊長期專注于L-函數(shù)均值與零點分布、素數(shù)分布等解析數(shù)論核心領(lǐng)域，系列研究成果發(fā)表于Math. Ann.、Algebra&Number Theory、J. Lond. Math. Soc.、Math. Z.等國際知名期刊，并被菲爾茲獎得主Maynard等著名學(xué)者引用。特別地，吳小勝在黎曼猜想方面的研究，作為當(dāng)前“最好的結(jié)果”，被近期出版的《數(shù)學(xué)科學(xué)辭典》收錄于“黎曼猜想”詞條中。

論文鏈接：

二

柔性配電網(wǎng)差異化適變運行領(lǐng)域

電氣與自動化工程學(xué)院丁立健教授團隊依托電能高效高質(zhì)轉(zhuǎn)化全國重點實驗室，在柔性配電網(wǎng)差異化適變運行領(lǐng)域取得系列新進展。相關(guān)成果分別在電氣領(lǐng)域知名期刊《IEEE Transactions on Sustainable Energy》和《IEEE Transactions on Smart Grid》發(fā)表。

團隊從“運行模式自適應(yīng)判別”和“預(yù)測-決策閉環(huán)協(xié)同”兩個層面開展研究，實現(xiàn)柔性配電網(wǎng)差異化運行與精準(zhǔn)決策。首先基于柔性配電網(wǎng)內(nèi)在運行需求，匹配相應(yīng)優(yōu)化目標(biāo)與調(diào)控策略，實現(xiàn)柔性配電網(wǎng)的差異化運行；再將預(yù)測與決策融合到統(tǒng)一學(xué)習(xí)框架中，通過端到端的預(yù)測-決策閉環(huán)學(xué)習(xí)方法，實現(xiàn)各模式在強隨機環(huán)境下的精準(zhǔn)決策。

圖1 差異化適變運行方法框架

隨著分布式光伏和柔性負(fù)荷大規(guī)模接入電網(wǎng)，降損、電壓調(diào)控、需求響應(yīng)等差異化運行需求在不同時段交替出現(xiàn)，傳統(tǒng)方式難以根據(jù)運行狀態(tài)判斷當(dāng)前柔性配電網(wǎng)差異化運行需求。針對這一難題，團隊提出基于非對稱柔性互聯(lián)的配電網(wǎng)差異化適變運行方法，提升“差異化”環(huán)境下柔性配電網(wǎng)的運行決策水平與策略適應(yīng)性。相關(guān)研究論文發(fā)表于《IEEE Transactions on Sustainable Energy》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，楊曉東教授為論文第一作者，方慧、丁立健教授為論文通訊作者，華中科技大學(xué)等為合著單位。

圖2 端到端的預(yù)測-決策閉環(huán)學(xué)習(xí)方法框架

針對各運行模式中預(yù)測誤差影響決策精準(zhǔn)度的問題，團隊提出端到端的預(yù)測-決策閉環(huán)學(xué)習(xí)方法，系統(tǒng)基于柔性配電網(wǎng)運行狀態(tài)甄別系統(tǒng)當(dāng)前所需運行模式，并將各模式內(nèi)決策損失反饋至預(yù)測模塊，最終實現(xiàn)柔性配電網(wǎng)在強隨機環(huán)境下對多工況的適變運行與精準(zhǔn)決策。相關(guān)研究論文發(fā)表于《IEEE Transactions on Smart Grid》，合肥工業(yè)大學(xué)為第一完成單位和通訊單位，博士生蔡楓林為論文第一作者，楊曉東、利節(jié)教授為論文通訊作者。

圖3 差異化適變運行調(diào)控與精準(zhǔn)決策效果

其中（A）為差異化適變運行調(diào)控策略

（B）為電壓與網(wǎng)損對比，P2DTD3為所提端到端方法

近年來，該科研團隊持續(xù)聚焦智能配用電系統(tǒng)運行控制技術(shù)研究，圍繞柔性配電網(wǎng)優(yōu)化調(diào)控、差異化適變運行、電力電子化電力系統(tǒng)、全直流配電技術(shù)等方向開展了系統(tǒng)性探索，已在國內(nèi)外權(quán)威期刊等發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇。相關(guān)研究成果在國家電網(wǎng)公司多項智能電網(wǎng)示范工程項目中得到應(yīng)用，有效提升了以新能源為主體的新型配用電系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟與靈活運行能力。

論文鏈接：

三

乙醇電催化氧化反應(yīng)領(lǐng)域

化學(xué)與化工學(xué)院張根磊副教授、崔鵬教授團隊聯(lián)合廈門大學(xué)周堯教授團隊，在乙醇電催化氧化反應(yīng)的催化機制研究方面取得突破性進展。相關(guān)研究成果在線發(fā)表于國際化學(xué)領(lǐng)域頂級期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》。合肥工業(yè)大學(xué)為論文第一完成單位，2023級碩士生朱春林和2024級碩士生張威陳為論文的共同第一作者，張根磊副教授、楊真真副教授和廈門大學(xué)周堯教授為共同通訊作者。

圖1 模型PdO-Pt3P異相納米片的合成及結(jié)構(gòu)表征

直接乙醇燃料電池因乙醇能量密度高、來源廣泛而備受關(guān)注，但其商業(yè)化應(yīng)用最大的瓶頸在于陽極乙醇氧化反應(yīng)（EOR）中頑固的碳-碳（C-C）鍵難以高效斷裂，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)物大部分停留在低能量密度的C2化合物，無法充分釋放燃料的化學(xué)能。金屬-氧化物異質(zhì)界面被視為解決這一難題的突破口，然而，長期以來，人們對界面真實活性位點的化學(xué)身份、氧原子的直接來源以及C-C鍵斷裂的啟動機制認(rèn)識模糊，嚴(yán)重制約了高效催化劑的理性設(shè)計。

針對這一挑戰(zhàn)，研究團隊巧妙設(shè)計了一種二維PdO-Pt3Pd異相納米片模型催化劑。通過原子級分辨的原位光譜表征與O18同位素示蹤技術(shù)，團隊首次從原子尺度解碼了異質(zhì)界面的真實活性單元—一種獨特的“Pd2+-Oint-Pdalloy”橋氧構(gòu)型。同位素實驗提供了無可爭議的直接證據(jù)：界面晶格氧（Oint）正是啟動C-C鍵斷裂的直接氧供體，在反應(yīng)中扮演“親核手術(shù)刀”的關(guān)鍵角色，而非傳統(tǒng)理論中被動清除毒性中間體的“清道夫”。

圖2 PdO-Pt3Pd異相納米片中EOR異質(zhì)界面的機理研究

進一步的理論計算揭示了這一獨特活性的電子學(xué)根源。PdO與Pt3Pd兩相間顯著的功函數(shù)差異在界面處形成了一個強內(nèi)建電場，驅(qū)動電荷重新分布，使得Oint的p帶中心大幅上移至費米能級附近，賦予其極強的親核攻擊能力。計算結(jié)果顯示，由該界面氧介導(dǎo)的C-C鍵斷裂能壘僅為0.47eV，遠低于常規(guī)路徑的1.63 eV，從能量上保障了反應(yīng)的高效進行。

圖3 界面協(xié)同效應(yīng)的電子起源

更為重要的是，該研究突破了“單活性位點”的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了異質(zhì)界面充當(dāng)?shù)摹胺磻?yīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師”角色，同時構(gòu)建并協(xié)同兩條反應(yīng)路徑。一方面，創(chuàng)制了一條由界面晶格氧主導(dǎo)的“無CO”高效C1路徑，直接實現(xiàn)乙醇的完全氧化；另一方面，對相鄰Pt3Pd合金域上的傳統(tǒng)“CO”路徑進行了三重優(yōu)化：從源頭減少CO生成、抑制乙酸副反應(yīng)發(fā)生、保障殘余CO快速氧化去除。這種雙路徑協(xié)同機制使催化劑展現(xiàn)出高達9.09A·mgmetal-1的質(zhì)量活性和75.6%的C1路徑法拉第效率，性能指標(biāo)遠超目前文獻報道的同類催化劑。

圖4 協(xié)同雙路徑反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)

該工作將傳統(tǒng)的被動“雙功能”模型升級為精準(zhǔn)的“初始攻擊-系統(tǒng)協(xié)同”機制，確立了一條普適的催化劑設(shè)計原則：通過對界面配位環(huán)境和電子結(jié)構(gòu)進行原子級精準(zhǔn)編程，在單一結(jié)構(gòu)單元中預(yù)裝特定的鍵活化能力并協(xié)同多條反應(yīng)路徑，從而駕馭復(fù)雜的催化網(wǎng)絡(luò)。這一新范式對直接乙醇燃料電池、電化學(xué)精準(zhǔn)合成以及能源催化轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。

研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃、安徽省自然科學(xué)基金等項目的資助以及合肥工業(yè)大學(xué)分析測試中心等平臺的支持。

論文鏈接：

來源 | 數(shù)學(xué)學(xué)院

電氣與自動化工程學(xué)院

化學(xué)與化工學(xué)院

編輯 | 陳雨陽

責(zé)編 | 宋燕 朱與欣

投稿郵箱 | hfutxcb404@163.com

合工大校長汪萌在《安徽日報》刊發(fā)署名文章

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