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深圳先进院成功构筑二维黑磷面内异质结

近日,中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员(点击查看介绍)课题组在二维黑磷领域取得新进展,通过控制钴原子在黑磷不饱和位点上的选择性沉积,制备出了黑磷/磷化钴面内异质结,展现出优良的电催化活性。相关成果“In-Plane Black Phosphorus/Dicobalt Phosphide Heterostructure for Efficient Electrocatalysis”(黑磷/磷化钴面内异质结及其高效电催化活性)发表于化学领域的顶级刊物Angewandte Chemie International Edition(《德国应用化学》,影响因子11.994)。论文第一作者是王佳宏博士,通讯作者是喻学锋研究员。


非贵金属催化剂是催化领域的一个重要研究课题。黑磷作为一种具有二维层状结构的直接带隙半导体,在能源催化领域展现出巨大的应用潜力。然而由于孤电子对的存在,黑磷在水或空气中容易氧化,导致性能下降,这极大地限制了黑磷的实际应用。喻学锋研究员课题组在之前的工作中,发展了系列抑制黑磷氧化的方法,如有机包覆(Nat. Commun., 2016, 7, 12967)、化学配位(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, 55, 5003)、共价修饰(Chem. Mater., 2017, 29, 7131)、离子掺杂(Adv. Mater., 2017, 29, 170381)等,有效提高了黑磷纳米片的稳定性。然而,黑磷纳米片通常需要通过液相剥离制备,在制备过程中难免产生表面缺陷(特别是边缘上的不饱和位点),这是导致其氧化和影响其性能的重要因素。如何针对性地修复黑磷的表面缺陷是当前急需解决的一个关键难题。


在本项研究中,该课题组设计了一种溶剂热方法,利用黑磷缺陷位点处的高化学还原活性,原位还原吸附在表面的钴离子,形成的钴原子和临近的磷元素发生重构,从而形成黑磷/磷化钴(BP/Co2P)面内异质结。得益于缺陷位点的填补,该异质结的稳定性和导电性有显著的提升;同时Co2P也提供了高活性的电催化位点。相比于黑磷纳米片,BP/Co2P异质结具有更稳定、更出色的电催化性能。这种黑磷缺陷修复技术为提高黑磷的稳定性提供了新思路,而黑磷面内异质结的首次液相方法构建,将推动新型黑磷复合物的设计合成;并且,该工作首次将黑磷用于全电解水,这也将有效拓展黑磷在能源催化等领域的应用。

图.(a)BP/Co2P异质结结构示意图,(b)异质结TEM照片,(c)-(e) 环形暗场像及对应的EDS-mapping分布图,(f)全电解水的示意图,(g) 全电解水的J-V图。


本项目得到了国家自然科学基金、中国科学院前沿重点研究计划、中国博士后科学基金、深圳市基础研究布局等项目的资助。


该论文作者为:Jiahong Wang, Danni Liu, Hao Huang, Na Yang, Bo Yu, Min Wen, Xin Wang, Paul K. Chu, Xue-Feng Yu

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

In-Plane Black Phosphorus/Dicobalt Phosphide Heterostructure for Efficient Electrocatalysis

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201710859


导师介绍

喻学锋

http://www.x-mol.com/university/faculty/47837


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