青云作者|超级材料研发获突破！深圳先进院制备“黑磷”实现量级增长 |

以石墨烯为代表的二维材料，被誉为21世纪的超级材料，有望发展成为下一个万亿级的产业。
2014年，黑磷成为二维材料领域的一匹“黑马” ，它的横空出世迅速引发关注。从晶体管、光电子器件，再到催化、能源、生物医学等领域，黑磷展现出广阔应用前景。

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【青云作者|超级材料研发获突破！深圳先进院制备“黑磷”实现量级增长】
团队制备的黑磷晶体
近日，中科院深圳先进院王佳宏博士告诉采访人员，在喻学峰研究员带领下，团队实现了黑磷晶体产量单管千倍的增长，为开发更多“杀手锏”应用打下了基础。
规模化制备实现量级突破
要想黑磷替代传统磷资源成为工业中的“主角” ，规模化制备是最基础也是最关键的一步。据王佳宏回忆，早期重复前人的制备方法，单次产量还不到0.5克。
“气压太大，投料量大了容易炸管”王佳宏介绍，黑磷的规模化制备难点主要有三方面：一是温度高，最高生长温度超过600度；二是压力大，当原料充分挥发时产生的压力超过十兆帕甚至更多；三是腐蚀性强，反应过程中产生的蒸汽容易导致器壁损坏。
从2016年到深圳先进院工作的四年里，王佳宏带领团队解析化学气相传输机制，发掘新的反应机理，持续优化工艺参数，成功解决了系列科学问题和工程问题，产量单管单次实现了四个数量级的增长。目前工艺流程基本走通，这意味着黑磷晶体规模化制备的实验室部分将告一段落，下一步将进入和产业结合更密切的中试阶段。然而，对这样的成绩王佳宏并不满意， “我们还是很期待能有更理想的工艺，比如磷矿石被还原成磷蒸汽后，我们能将磷蒸汽直接转化成黑磷。 ”
按住躁动的“磷原子” 转化二维黑磷缺陷
二维黑磷具有大比表面积、带隙调控等优势，但是黑磷上面的孤对电子和缺陷使其在水氧条件下容易发生分解、性能下降，极大地限制了黑磷的发展和应用。
“我们发现二维黑磷的边缘缺陷比较多，容易被氧化，一旦氧化后会进一步加剧它的不稳定性， ”王佳宏介绍称， “黑磷边缘之所以容易被破坏，正是由于孤对电子和悬挂键太活泼。 ”
针对该问题，王佳宏采用构造“异质结”的方法，将黑磷破损的边缘“补”起来。具体而言，利用边缘或缺陷处磷原子的还原性，将其原位转化为较稳定的金属磷化物。进行了系列元素和反应条件的尝试以后，王佳宏发现钴和磷的作用较强，而且该异质结同时兼具很好的电催化全分解水的性能。