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