中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院材料界面研究中心喻學(xué)鋒研究團(tuán)隊(duì)主導(dǎo)的研究在廉價(jià)黑磷基光催化劑方面取得進(jìn)展。相應(yīng)成果為“Wen M, Wang JH, Tong RF, et al.A low-cost metalfree photocatalyst based on black phosphorus [J].Advanced Science, 2019, 6(1): 1801321(一種廉價(jià)、不含金屬的黑磷基光催化劑)”。

黑磷作為一種新型二維半導(dǎo)體材料，由于具有帶隙可調(diào)、吸收范圍廣、載流子遷移率高等優(yōu)點(diǎn)，在能源與催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。其中，黑磷與氮化碳材料復(fù)合得到的異質(zhì)結(jié)(不含金屬)具有優(yōu)異的光催化性能。然而，黑磷/氮化碳異質(zhì)結(jié)的高效制備受到極大的限制。這是因?yàn)楫愘|(zhì)結(jié)的構(gòu)筑僅局限在超薄的黑磷納米片或量子點(diǎn)，因此黑磷晶體的制備與后續(xù)剝離極大地增加了原料成本。為研究一種高效、廉價(jià)制備高性能黑磷基異質(zhì)結(jié)的方法，該研究以紅磷和尿素為原料、通過(guò)球磨的方法實(shí)現(xiàn)了黑磷及高性能黑磷/氮化碳異質(zhì)結(jié)光催化劑的高效制備。通過(guò)該方法，即使是大塊黑磷也能夠與氮化碳形成P—N 化學(xué)鍵，從而得到穩(wěn)定的異質(zhì)結(jié)，且所需的原料成本僅為 0.235 Euro/g。

結(jié)果顯示，在可見(jiàn)光照射下，無(wú)需添加任何助催化，該不含金屬的黑磷/氮化碳異質(zhì)結(jié)催化制氫的效率高達(dá) 786 μmol/(h·g)，在 25 min 內(nèi)即可降解污染物羅丹明。當(dāng)循環(huán)利用 3 次時(shí)，材料的催化效率依然沒(méi)有明顯下降。由于具有吸收范圍廣、電荷分離效率高、催化位點(diǎn)豐富等優(yōu)點(diǎn)，所研究材料催化反應(yīng)的效率在同類(lèi)材料中屬于佼佼者。

該制備方法具有簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、可大量制備的特點(diǎn)，突破了原有方法的局限性，大大降低了材料的成本，同時(shí)也為實(shí)現(xiàn)其他異質(zhì)結(jié)材料的構(gòu)筑提供了科學(xué)的參考依據(jù)。

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