深圳先进院成功制备出黑磷/铂异质结光催化剂

近日，中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员课题组成功制备出黑磷/铂异质结光催化剂，在太阳光驱动的有机催化反应中展现出极好的光催化活性。相关成果“黑磷/铂异质结：一种高效广谱光催化剂”在线发表于材料领域顶级刊物《先进材料》。论文共同第一作者是白力诚博士和王欣博士，通讯作者是喻学锋研究员。

催化反应是目前生产化合物最为有效的方法，然而其往往需要消耗大量不可再生能源以产生热能驱动反应，是导致资源枯竭、环境污染等问题的重要原因之一。因此，发展光催化技术，直接利用太阳能生产化合物应用前景广阔，其中关键之处在于高效广谱光催化剂的开发。当前广泛研究的二维半导体黑磷具有可调的直接带隙、吸收范围广、光耦合效率高等众多优势，却受限于稳定性不高、光生载流子复合过快等。半导体-金属异质结构能加速捕获光激发的电子和空穴对，延长电荷载流子的寿命，提高肖特基结光催化中的电荷分离和利用效率。

课题组设计了一种新型黑磷/铂半导体/金属异质结，实现太阳能高效光催化有机反应。所负载超小（约1.1 nm）铂纳米颗粒与黑磷纳米片之间的强相互作用，使黑磷表面上产生PtPxOy氧化层，极大增强了黑磷纳米片的稳定性。同时，该异质结构能够有效吸收太阳能，吸收范围覆盖太阳光紫外至红外区域。通过飞秒泵浦探针显微光学系统测试发现，黑磷/铂异质结构具有0.12 ps的超快光生电子迁移时间。通过原位X射线光电子能谱（XPS）和密度泛函理论（DFT）计算证明，光生电子在铂纳米颗粒表面能够有效富集。在模拟太阳光驱动的有机加氢与有机氧化反应后，黑磷/铂异质结展现出比其他铂基催化剂高得多的催化效率，远优于传统的热驱动催化效率。这种新型黑磷/铂光催化剂在太阳能驱动的有机催化反应中具有广泛应用潜力，本研究也为金属/半导体异质结催化剂的制备提供了参考。团队已申请相关专利，相关技术将依托团队所孵化的企业中科墨磷进行产业化转化。