以石墨烯(xi)為代表的(de)(de)(de)二維(wei)材料(liao)，被譽為21世(shi)紀的(de)(de)(de)超級(ji)材料(liao)，有望發展(zhan)成(cheng)為下一個萬(wan)億級(ji)的(de)(de)(de)產(chan)業(ye)。2014年，黑(hei)(hei)(hei)磷成(cheng)為二維(wei)材料(liao)領域的(de)(de)(de)一匹“黑(hei)(hei)(hei)馬”，它的(de)(de)(de)橫(heng)空出世(shi)迅速引發關(guan)注。從晶體(ti)管(guan)、光(guang)電(dian)子器件，再到(dao)催(cui)化、能源、生物醫學等領域，黑(hei)(hei)(hei)磷展(zhan)現出廣闊應(ying)用前景。近(jin)日，中科(ke)院(yuan)深(shen)圳先(xian)進院(yuan)王(wang)佳宏博(bo)士稱，在喻學峰研究員(yuan)帶領下，團(tuan)隊實現了黑(hei)(hei)(hei)磷晶體(ti)產(chan)量單管(guan)千倍的(de)(de)(de)增長(chang)，為開(kai)發更(geng)多“殺(sha)手锏”應(ying)用打下了基礎。

　　規模化制備實現量級突(tu)破

　　要想黑磷替代傳統磷資源成為(wei)工業中的“主角”，規模化制(zhi)備是最基礎也是最關鍵的一步。據王佳(jia)宏回憶，早(zao)期重復前人的制(zhi)備方法，單次產量還不到(dao)0.5克。

　　從2016年(nian)開始，王佳宏帶領團隊解析(xi)化學(xue)氣相傳輸機制，發掘新的反應機理，持續優化工(gong)藝參數，成功解決了系列科(ke)學(xue)問(wen)題(ti)和工(gong)程問(wen)題(ti)，產量(liang)單(dan)管單(dan)次實現(xian)了千倍增長，即(ji)單(dan)次產量(liang)500克(ke)。

　　據悉(xi)，目前工(gong)藝(yi)流程基本走通(tong)，這(zhe)意味著黑(hei)(hei)磷晶體規模化制(zhi)備(bei)的實驗(yan)室部(bu)分將(jiang)告一(yi)段落，下(xia)一(yi)步將(jiang)進(jin)入和產業結合更(geng)(geng)密切的中試階段。然而，對這(zhe)樣的成(cheng)績(ji)王佳宏并不滿意，“我們還(huan)是很期(qi)待能有更(geng)(geng)理想的工(gong)藝(yi)，比(bi)如磷礦(kuang)石被還(huan)原(yuan)成(cheng)磷蒸汽(qi)后，我們能將(jiang)磷蒸汽(qi)直接轉化成(cheng)黑(hei)(hei)磷。”

　　按住(zhu)躁動(dong)的(de)“磷原子”

　　二維黑(hei)(hei)(hei)磷(lin)具有大(da)比表面(mian)積、帶隙(xi)調控等優(you)勢，但(dan)是(shi)黑(hei)(hei)(hei)磷(lin)上(shang)面(mian)的(de)孤對電子和(he)缺陷使其在水氧(yang)條件下(xia)容易發生(sheng)分解、性能下(xia)降(jiang)，極(ji)大(da)地限制了(le)黑(hei)(hei)(hei)磷(lin)的(de)發展(zhan)和(he)應用。“我們(men)發現(xian)二維黑(hei)(hei)(hei)磷(lin)的(de)邊緣缺陷比較(jiao)多(duo)，容易被氧(yang)化(hua)，一旦氧(yang)化(hua)后(hou)會進(jin)一步加(jia)劇它的(de)不(bu)穩定性。”王佳宏介(jie)紹稱。

　　針(zhen)對該問題，王佳宏采用構造“異質結”的(de)(de)方法(fa)，將黑磷破損的(de)(de)邊緣“補(bu)”起來。

　　“補齊破損的邊緣和缺陷后，材(cai)料的電(dian)化(hua)(hua)學(xue)穩定(ding)性與電(dian)化(hua)(hua)學(xue)活(huo)性均大(da)幅提升，有效地拓展了黑磷在能源化(hua)(hua)學(xue)轉化(hua)(hua)相關領域的應(ying)用(yong)。”該成(cheng)果發表(biao)于(yu)材(cai)料化(hua)(hua)學(xue)領域的頂(ding)級刊物《德(de)國(guo)應(ying)用(yong)化(hua)(hua)學(xue)》。

　　不只上(shang)書架(jia)，還要(yao)上(shang)貨架(jia)

　　除了不斷調(diao)控材料結(jie)構、提升材料性能(neng)外，王佳宏也從應用端出(chu)發，探索黑(hei)磷在光(guang)電(dian)催化與光(guang)電(dian)器(qi)件中的新應用。他將(jiang)材料研發形容為電(dian)源，功能(neng)應用比喻(yu)為燈(deng)泡(pao)，在他看來，電(dian)源是基礎，而燈(deng)泡(pao)的發光(guang)發熱才能(neng)將(jiang)電(dian)源的能(neng)量釋放出(chu)來。

　　黑(hei)磷(lin)在(zai)新能(neng)源中(zhong)的(de)應用是他(ta)的(de)主要研究方(fang)向之一(yi)。以工(gong)農(nong)業生產中(zhong)的(de)重(zhong)要化(hua)學原料(liao)“氨(an)”為例，傳(chuan)統(tong)的(de)哈伯(bo)法(fa)合成氨(an)不僅耗能(neng)高，且伴隨著大量的(de)溫(wen)室(shi)氣體排放。采用黑(hei)磷(lin)作為催(cui)化(hua)劑，人工(gong)構造無機(ji)仿(fang)生固氮酶，直(zhi)接將氮氣和水轉化(hua)為氨(an)。他(ta)同時還在(zai)探索其他(ta)類黑(hei)磷(lin)材(cai)料(liao)、具有二維單(dan)元結構材(cai)料(liao)在(zai)氫能(neng)、環境(jing)治理中(zhong)的(de)應用。

　　由(you)于在黑磷材料領域的前瞻(zhan)布局，王佳宏所在團隊于2016年獲得湖北興發集團2500萬元投(tou)資，合作(zuo)開發磷化(hua)工(gong)的高端產業應(ying)用。目前雙(shuang)方已進入中試平(ping)臺(tai)搭建。

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