深圳大學張晗在黑磷製備新技術及應用取得重要進展

2021-01-10 大眾網

近日，深圳大學光電協同創新中心範滇元院士團隊張晗教授與美國凱斯西儲大學戴立明教授、湖南大學王雙印教授等合作，成功開發出一種新型、簡易的熱蒸發法(Thermal-vaporization transition, TVT)，用於製備鈦或碳納米管支撐的黑磷材料，並首次發現了所製備材料在析氧反應(Oxygen evolution reaction, OER)中的電催化活性。相關研究成果「Facile Synthesis of Black Phosphorus: an Efficient Electrocatalyst forthe Oxygen Evolving Reaction」發表在國際著名學術期刊Angewandte Chemie International Edition (IF=11.709)上(DOI: 10.1002/anie.201607393)。

張晗

二維材料黑磷自2014年首次合成以來就迅速成為人們關注的焦點，其特殊的半導體性和可降解性在場效應電晶體、新能源電池、生物醫藥等領域預示著具有重要的應用前景。張晗教授團隊近幾年來在黑磷量子點、磷烯等的製備方面取得了一系列突破，並對黑磷量子點的近紅外光熱轉換特性、黑磷在生理環境下的氧化降解過程、以及黑磷可控降解光熱轉換材料的製備等方面進行深入的研究探索，目前正在朝更廣闊的視角探索黑磷的奇特性能和應用。

然而，目前二維黑磷的製備方法主要局限在微機械剝離法和超聲輔助的液相剝離法，這兩種方法獲得的黑磷尺寸一般最大為幾微米，且產量相對較低，難以規模化，限制了黑磷的大規模推廣應用。在這個工作中，研究人員發展了一種將處理後的紅磷進行加熱蒸發和相轉變，並以鈦箔或者碳納米管為基底，使蒸汽在基底上進一步沉積，得到了黑磷/鈦或者黑磷/碳納米管的複合材料，該方法簡易可行、可規模化，所獲得的黑磷晶體質量高，並且可以得到大面積的黑磷顆粒或者薄膜，有望大規模推廣應用，相關發明專利正在積極申請。

熱蒸發法製備的黑磷薄膜(左)以及商業化IrO2、RuO2和本工作中合成的黑磷/碳納米管的OER極化曲線(右)。

另一方面，該工作對所製得的黑磷/鈦和黑磷/碳納米管複合材料進行電化學表徵，首次發現了這些複合材料高效的OER活性。研究發現，黑磷/鈦在初始電壓為1.48V(vs. RHE)時，加壓至1.6V可獲得10 mAcm-2的電流密度，與商業化的RuO2電催化劑的催化活性相當;由於碳納米管基體的三維網狀結構，黑磷/碳納米管顯示了72.88mVdec-1的塔菲爾斜率。這些結果預示著黑磷在電催化領域的新的應用前景。

本項研究得到了國家自然科學基金項目的資助。

本稿件所含文字、圖片和音視頻資料，版權均屬齊魯晚報

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