新型二維半導體材料黑磷，具有帶隙可調、吸收范圍廣、載流子遷移率高等特點，在能源與催化領域具有廣闊的應用前景。

黑磷與石墨相氮化碳（以下簡稱氮化碳）的復合可得到具有優異光催化性能的異質結催化劑。然而，當前該異質結的原料成本高、產率低，限制了其長遠發展與應用。因此，開發高性能且低成本的黑磷基異質結催化劑具有重要的科學意義和應用價值。

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光催化劑低成本制備與應用領域取得新進展。論文共同第一作者是課題組博士后溫敏和王佳宏，通訊作者是喻學鋒。

黑磷氮化碳異質結的制備過程示意圖

在該研究中，課題組以紅磷和尿素為原料，采用工業上常用的球磨技術實現了黑磷及高性能黑磷/氮化碳異質結光催化劑的大規模制備（上圖），每克催化劑中黑磷的成本僅為0.016元。

X-射線光電子能譜、固體核磁等數據顯示黑磷與氮化碳通過形成化學鍵(P-N)的方式結合成穩定的異質結。

穩態及時間分辨光譜實驗、光電實驗、電化學阻抗譜等證明該黑磷/氮化碳異質結具有吸收范圍廣、電荷分離效率高、催化位點豐富等優點。

利用該不含金屬的異質結作催化劑，在可見光照射下，無需任何助催化劑的加入，產氫效率即可高達786 umol·h-1·g-1，也可實現染料的快速降解。

黑磷氮化碳異質結產氫機制圖

課題組對光催化制氫和光催化降解染料過程中光生電子和空穴的光物理過程進行了詳細的闡述，明確了反應發生的機制（上圖）。并且，這種簡單經濟的大規模制備方法也可為其他異質結催化劑的構筑提供借鑒。

文獻信息：Wen M, Wang J, Tong R, et al. A Low‐Cost Metal‐Free Photocatalyst Based on Black Phosphorus[J]. Advanced Science, 2018: 1801321.