科學家製備出黑磷/磷化鈷面內異質結

近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒課題組在二維黑磷領域取得新進展，通過控制鈷原子在黑磷不飽和位點上的選擇性沉積，製備出黑磷/磷化鈷面內異質結，展現出優良的電催化活性。相關成果以In-Plane Black Phosphorus/Dicobalt Phosphide Heterostructure for Efficient Electrocatalysis為題，發表在《德國應用化學》上。

非貴金屬催化劑是催化領域的重要研究課題之一。黑磷作為一種具有二維層狀結構的直接帶隙半導體，在能源催化領域展現出巨大的應用潛力。然而由於孤電子對的存在，黑磷在水或空氣中容易氧化，導致性能下降，這極大地限制了黑磷的實際應用。喻學鋒課題組以往的研究，發展了系列抑制黑磷氧化的方法，如有機包覆、化學配位、共價修飾、離子摻雜等，有效提高了黑磷納米片的穩定性。然而，黑磷納米片通常需要通過液相剝離製備，在製備過程中難免產生表面缺陷（特別是邊緣上的不飽和位點），這是導致其氧化和影響其性能的重要因素。如何針對性地修復黑磷的表面缺陷是當前急需解決的關鍵難題。

在該研究中，課題組設計了一種溶劑熱方法，利用黑磷缺陷位點處的高化學還原活性，原位還原吸附在表面的鈷離子，形成的鈷原子和臨近的磷元素髮生重構，從而形成黑磷/磷化鈷（BP/Co2P）面內異質結。得益於缺陷位點的填補，該異質結的穩定性和導電性有顯著的提升；同時Co2P提供了高活性的電催化位點。相比於黑磷納米片，BP/Co2P異質結具有更穩定、更出色的電催化性能。這種黑磷缺陷修復技術為提高黑磷的穩定性提供了新思路，而黑磷面內異質結的首次液相方法構建，將推動新型黑磷複合物的設計合成；該工作首次將黑磷用於全電解水，這將有效拓展黑磷在能源催化等領域的應用。

研究工作得到了國家自然科學基金、中國科學院前沿重點研究計劃、中國博士後科學基金、深圳市基礎研究布局等的資助。（來源：中科院深圳先進技術研究院）

(a) BP/Co2P異質結結構示意圖，(b) 異質結TEM照片，(c)-(e) 環形暗場像及對應的EDS-mapping分布圖，(f) 全電解水的示意圖，(g) 全電解水的J-V圖。

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