綠色制氫

SnSe入選理想壓電催化材料候選體系
被譽為21世紀“終 極能源”，氫能可謂市場前景廣闊，水分解綠色制氫更是重要發展方向。壓電納米材料可將機械能轉化為化學能，為綠色氫能制備提供了一種嶄新路徑，有望進一步推動綠色制氫技術的發展，但目前大多數壓電納米材料的催化效率仍然有待提升。 

二維鐵電/壓電材料具有高電導率/遷移率、優異的鐵電/壓電特性、相對窄的帶隙寬度、豐富的表面催化活性位點等優勢，因而在壓電催化領域極具潛力。在所有二維鐵電/壓電材料中，SnSe 材料具有理論預測最 高壓電響應、以及高遷移率和易形變特性等性質，成為理想壓電催化材料候選體系，有望應用于進一步提升機械能驅動綠色水分解制氫催化反應效率。 

首次報道

江蘇大學利用 SnSe高效催化產氫
近期，江蘇大學量子與可持續性技術研究院團隊首次報道選取 SnSe 二維材料作為壓電催化材料，得益于 SnSe 易形變特性（楊氏模量為24.3至27.7 GPa）、單層材料極高的壓電系數（d11 = 250.58 pm V?1）和高理論遷移率（11000 cm2 V?1 s?1），實現了高效超聲機械力驅動水分解產氫（效率高達948.4?μmol?g?1 h?1），遠超大多數已報道的其他壓電催化材料產氫效率。 

相關成果以“Mechanically Induced Highly Efficient Hydrogen Evolution from Water over Piezoelectric SnSe nanosheets”為題在Small上。這充分體現了 SnSe 二維材料在綠色催化反應中的優勢，對進一步推動綠色制氫產業技術發展具有重要意義。 

性能表征

研究論證SnSe材料壓電及催化性能

研究過程中，江蘇大學團隊首先對 SnSe  二維材料的結構壓電性質進行表征分析。研究人員通過簡單的熱注入化學法合成 SnSe 單晶納米片，采用差分相位襯度-掃描透射電子顯微成像(DPC-STEM)這一新興技術，在納米尺度下觀察到了 SnSe 材料內部的鐵電疇結構，間接驗證了其具有鐵電/壓電響應。 

圖1. SnSe二維納米材料的微觀結構分析圖

另一方面，研究團隊與 HORIBA 位于上海的應用中心專家合作，采用LabRAM Nano 配備的 SmartSPM 壓電響應力顯微鏡（PFM）模塊深入研究了 SnSe 納米材料的壓電/鐵電性能，觀測到了鐵電疇結構。通過施加?10 V至+10 V的偏壓，在面內方向得到了典型的蝴蝶曲線，進一步證實了 SnSe 納米片具有面內壓電/鐵電性。 

圖2. SnSe 二維納米材料的PFM表征分析圖

對 SnSe 二維材料的壓電性質完成表征分析后，研究團隊進一步評估了SnSe 納米片在超聲機械力作用下水分解制氫性能。以三乙醇胺(TEOA)作為犧牲劑，在100 W 和45 kHz 的超聲波作用下，SnSe 納米片相比于納米顆粒和微米樣品表現出更優的壓電催化活性，產氫效率高達4742.9 μmol?g?1。此外，計算表明 SnSe 納米片的共振頻率約為43.6 kHz，這與獲得最 高產氫效率的超聲條件(45  kHz)接近，表明材料的壓電響應在機械能驅動分解水催化反應中起到關鍵作用。 

圖3. SnSe 二維納米材料在超聲機械力作用下分解水產氫性能及壓電電流相應圖

課題組介紹

李順，江蘇大學金山特聘教授。

2015年獲得加拿大國家科學研究所（INRS）能源與材料科學博士學位。曾任南方科技大學副研究員。研究方向主要為鐵/壓電/熱電/熱電納米材料在能量轉換及催化中的應用。在 Nature Photon., Prog. Mater. Sci., Mater. Horizon., Nano Energy, Small 等國際知名期刊上發表論文80余篇。發表論文被引用3000余次，H指數33。申請專 利數十項，獲批國家自然科學基金2項。

張建明博士 現任江蘇大學化學化工學院教授，博導，江蘇特聘教授。

2013年獲得加拿大國家科學院（INRS）材料科學博士學位。2016年9月加入江蘇大學化學化工學院，組建功能復合材料研究團隊。專注于新能源材料、電子信息材料、環保材料的基礎和應用研究。主持國家自然科學基金、科技部重 點研究計劃子項目、江蘇省特聘教授等多項國家、省部級科研項目。

儀器使用評價

“實驗中使用 HORIBA LabRAM HR Nano 配備的 SmartSPM 模塊對納米材料的壓電/鐵電性能進行表征。其配備了多種 SPM 測量模式，如開爾文探針模式（表面電勢，SKM，KPFM）、壓電響應模式（PFM），可以實現對納米壓電/鐵電材料電疇、表面電勢等性質的全方位、快速、自動化表征分析?！?nbsp;

HORIBA 科學儀器應用中心

本次實驗中使用的 LabRAM HR Nano 拉曼光譜儀 

(升級型號：LabRAM Odyssey Nano) 

如果您對上述產品感興趣，歡迎掃描二維碼留言，我們的工程師將會及時為您答疑解惑。

綠色制氫

SnSe入選理想壓電催化材料候選體系

被譽為21世紀“終 極能源”，氫能可謂市場前景廣闊，水分解綠色制氫更是重要發展方向。壓電納米材料可將機械能轉化為化學能，為綠色氫能制備提供了一種嶄新路徑，有望進一步推動綠色制氫技術的發展，但目前大多數壓電納米材料的催化效率仍然有待提升。 

二維鐵電/壓電材料具有高電導率/遷移率、優異的鐵電/壓電特性、相對窄的帶隙寬度、豐富的表面催化活性位點等優勢，因而在壓電催化領域極具潛力。在所有二維鐵電/壓電材料中，SnSe 材料具有理論預測最 高壓電響應、以及高遷移率和易形變特性等性質，成為理想壓電催化材料候選體系，有望應用于進一步提升機械能驅動綠色水分解制氫催化反應效率。 

首次報道

江蘇大學利用 SnSe高效催化產氫
近期，江蘇大學量子與可持續性技術研究院團隊首次報道選取 SnSe 二維材料作為壓電催化材料，得益于 SnSe 易形變特性（楊氏模量為24.3至27.7 GPa）、單層材料極高的壓電系數（d11 = 250.58 pm V?1）和高理論遷移率（11000 cm2 V?1 s?1），實現了高效超聲機械力驅動水分解產氫（效率高達948.4?μmol?g?1 h?1），遠超大多數已報道的其他壓電催化材料產氫效率。 

相關成果以“Mechanically Induced Highly Efficient Hydrogen Evolution from Water over Piezoelectric SnSe nanosheets”為題在Small上。這充分體現了 SnSe 二維材料在綠色催化反應中的優勢，對進一步推動綠色制氫產業技術發展具有重要意義。 

性能表征

研究論證SnSe材料壓電及催化性能

研究過程中，江蘇大學團隊首先對 SnSe  二維材料的結構壓電性質進行表征分析。研究人員通過簡單的熱注入化學法合成 SnSe 單晶納米片，采用差分相位襯度-掃描透射電子顯微成像(DPC-STEM)這一新興技術，在納米尺度下觀察到了 SnSe 材料內部的鐵電疇結構，間接驗證了其具有鐵電/壓電響應。 

圖1. SnSe二維納米材料的微觀結構分析圖

另一方面，研究團隊與 HORIBA 位于上海的應用中心專家合作，采用LabRAM Nano 配備的 SmartSPM 壓電響應力顯微鏡（PFM）模塊深入研究了 SnSe 納米材料的壓電/鐵電性能，觀測到了鐵電疇結構。通過施加?10 V至+10 V的偏壓，在面內方向得到了典型的蝴蝶曲線，進一步證實了 SnSe 納米片具有面內壓電/鐵電性。 

圖2. SnSe 二維納米材料的PFM表征分析圖

對 SnSe 二維材料的壓電性質完成表征分析后，研究團隊進一步評估了SnSe 納米片在超聲機械力作用下水分解制氫性能。以三乙醇胺(TEOA)作為犧牲劑，在100 W 和45 kHz 的超聲波作用下，SnSe 納米片相比于納米顆粒和微米樣品表現出更優的壓電催化活性，產氫效率高達4742.9 μmol?g?1。此外，計算表明 SnSe 納米片的共振頻率約為43.6 kHz，這與獲得最 高產氫效率的超聲條件(45  kHz)接近，表明材料的壓電響應在機械能驅動分解水催化反應中起到關鍵作用。 

圖3. SnSe 二維納米材料在超聲機械力作用下分解水產氫性能及壓電電流相應圖

課題組介紹

李順，江蘇大學金山特聘教授。

2015年獲得加拿大國家科學研究所（INRS）能源與材料科學博士學位。曾任南方科技大學副研究員。研究方向主要為鐵/壓電/熱電/熱電納米材料在能量轉換及催化中的應用。在 Nature Photon., Prog. Mater. Sci., Mater. Horizon., Nano Energy, Small 等國際知名期刊上發表論文80余篇。發表論文被引用3000余次，H指數33。申請專 利數十項，獲批國家自然科學基金2項。

張建明博士 現任江蘇大學化學化工學院教授，博導，江蘇特聘教授。

2013年獲得加拿大國家科學院（INRS）材料科學博士學位。2016年9月加入江蘇大學化學化工學院，組建功能復合材料研究團隊。專注于新能源材料、電子信息材料、環保材料的基礎和應用研究。主持國家自然科學基金、科技部重 點研究計劃子項目、江蘇省特聘教授等多項國家、省部級科研項目。

儀器使用評價

“實驗中使用 HORIBA LabRAM HR Nano 配備的 SmartSPM 模塊對納米材料的壓電/鐵電性能進行表征。其配備了多種 SPM 測量模式，如開爾文探針模式（表面電勢，SKM，KPFM）、壓電響應模式（PFM），可以實現對納米壓電/鐵電材料電疇、表面電勢等性質的全方位、快速、自動化表征分析?！?nbsp;

HORIBA 科學儀器應用中心 

本次實驗中使用的 LabRAM HR Nano 拉曼光譜儀 

(升級型號：LabRAM Odyssey Nano) 

如果您對上述產品感興趣，歡迎掃描二維碼留言，我們的工程師將會及時為您答疑解惑。

研究背景及成果

應變工程是指通過拉伸或壓縮等應變技術來調控材料性能或優化相關器件性能。近些年來，隨著二維材料的興起，基于它的應變工程研究變得火熱起來。但現有的二維材料應變技術（如拉伸襯底、產生氣泡等），重復性及靈活性差，因此如何實現微區可控復雜應變成為應變工程發展的重要方向之一。

在此背景下，中科院物理所納米實驗室N10組提出了一種非接觸式應變直寫技術。該技術可以在二維材料中準確寫入納米到微米尺度設計圖案的應變。這項全新應變技術，具備高度的靈活性以及半導體工藝兼容性，有望進一步推進二維材料在納米機電系統、高性能傳感和非傳統光伏到量子信息科學等廣泛領域的潛在應用。

相關成果"Strain lithography for two-dimensional materials by electron irradiation."已在Applied Physics Letters 上發表。

實驗思路及結果驗證

光刻膠材料 PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）在電子束的輻照作用下會發生降解（如圖1所示），導致體積發生變化。光刻膠自身體積的變化，會進一步使附著在其表面的二維材料以及其它薄膜材料發生形變（如圖2所示）。

基于這個原理，中科院物理所研究團隊便考慮利用電子束直寫設備的高精度圖形直寫能力，通過調控電子束劑量，創造納米級應變分布的可控應變結構制備。

圖1 光刻膠（PMMA）的電子輻照降解

圖2 電子束誘導二維材料應變

實驗發現，通過控制電子束輻照劑量，中科院物理所研究人員可以有效控制二維材料的應變程度（如圖3所示）。拉曼光譜技術以及光致熒光（PL）光譜技術是研究半導體應變的重要工具，圖4展示了“墨西哥帽狀”復雜應變的PL光譜空間峰位分布圖， HORIBA LabRAM HR Evolution Nano 納米拉曼光譜儀的強大空間數據采集及后處理能力，進一步揭示了該方法復雜應變的制備能力，即同時制備包含拉伸應變（紅移）以及壓縮應變（藍移）結構的能力。

圖3 應變調控

圖4 復雜應變空間分布

儀器使用評價

“該工作使用 HORIBA 的 LabRAM HR Evolution Nano 納米拉曼光譜儀，可探測納米級應變分布，使用便捷；處理空間分布數據的功能非常強大?！?/p>

實驗室配備的
LabRAM HR Evolution Nano
納米拉曼光譜儀

如果您對上述產品感興趣，歡迎掃描二維碼留言，我們的工程師將會及時為您答疑解惑。

課題組介紹
中科院物理所納米實驗室N10組，主要研究方向有：納米材料與納米結構的可控制備、新奇物理特性及器件應用研究；自旋、能谷量子態物性研究及其在量子信息/量子計算的應用;超快磁光激光光譜學；低維/納米材料物性和器件研究等。

      7月11-13日，催化加氫技術研討會在山東濟南wan美落幕，鏷鐓實驗室設備（上海）有限公司帶著氫氣供氣方案參加了此次會議。

      催化加氫是在氫氣存在下對石油餾分進行催化加工過程的通稱，催化加氫技術包括加氫處理和加氫裂化兩類。

其中加氫處理是指：

      在加氫反應中，只有≤10%的原料油分子變小的加氫技術，包括對原料處理和產品精制，如催化重整、催化裂化、渣油加氫等原料的加氫處理；石腦油、汽油、噴氣燃料、柴油、潤滑油、石蠟和凡士林加氫精制等。

Proton 專注制氫20多年，其成熟的制氫技術已被廣泛應用于石油煉制行業中。

Proton 大流量制氫機

S10/S20/S40和G4800

主要用于對石腦油、粗柴油、燃料油等

的加氫精制以提高油品品質。

 Proton 大流量制氫機

Proton S系和G4800大流量制氫機

均采用質子交換膜技術產生氫氣，

輸出壓力1-200psi可調。

S系制氫機

氫氣純度可達99.9995%以上

流量范圍4.7-18.8L/min

G4800

氫氣純度可達99.99999%

流量為4.8L/min

Proton 大流量制氫機

除了用于石油加氫精制外，

還為石化行業大型實驗室提供集中供氣，

為實驗室安全用氣提供保障，

例如：上海賽科石化

一臺G4800可為賽科石化70多臺氣相色譜、

100多臺FID檢測器供氣，

露點可達-79.5度！