目前大家應(yīng)該是對(duì)超級(jí)材料（超級(jí)材料研發(fā)取得突破）比較感興趣的，所以今天好房網(wǎng)小編CC就來為大家整理了一些關(guān)于超級(jí)材料（超級(jí)材料研發(fā)取得突破）方面的相關(guān)知識(shí)來分享給大家，希望大家會(huì)喜歡哦。

超級(jí)材料（超級(jí)材料研發(fā)取得突破）

王佳宏在實(shí)驗(yàn)室做研究。

王佳宏團(tuán)隊(duì)成員

先進(jìn)院制備的黑磷晶體

以石墨烯為代表的二維材料，被譽(yù)為21世紀(jì)的超級(jí)材料，有望發(fā)展成為下一個(gè)萬億級(jí)的產(chǎn)業(yè)。2014年，黑磷成為二維材料領(lǐng)域的一匹“黑馬”，它的橫空出世迅速引發(fā)關(guān)注。從晶體管、光電子器件，再到催化、能源、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，黑磷展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。

究竟科研人員是如何馴服黑磷這匹“黑馬”的？未來這匹“黑馬”是否能變成“天馬”帶我們實(shí)現(xiàn)那些行空的想象？近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院制備黑磷晶體產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)了單管四個(gè)數(shù)量級(jí)的增長。為此，記者采訪了該院的副研究員王佳宏。四年前，剛剛從武漢大學(xué)博士畢業(yè)的王佳宏加入先進(jìn)院喻學(xué)鋒科研團(tuán)隊(duì)，如今黑磷這匹“黑馬”在他們手中正在逐漸被馴服。

文、圖/廣州日?qǐng)?bào)全媒體記者王納 通訊員嚴(yán)偲偲

規(guī)?；苽鋵?shí)現(xiàn)量級(jí)突破

要想黑磷替代傳統(tǒng)磷資源成為工業(yè)中的“主角”，規(guī)模化制備是最基礎(chǔ)也是最關(guān)鍵的一步。據(jù)王佳宏回憶，早期重復(fù)前人的制備方法，單次產(chǎn)量還不到0.5克。

“氣壓太大，投料量大了容易炸管?！蓖跫押杲榻B，黑磷的規(guī)?；苽潆y點(diǎn)主要有三方面：一是溫度高，最高生長溫度超過600℃；二是壓力大，當(dāng)原料充分揮發(fā)時(shí)產(chǎn)生的壓力超過十兆帕甚至更多；三是腐蝕性強(qiáng)，反應(yīng)過程中產(chǎn)生的蒸汽容易導(dǎo)致器壁損壞。

從2016年到深圳先進(jìn)院工作的四年里，王佳宏帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)解析化學(xué)氣相傳輸機(jī)制，發(fā)掘新的反應(yīng)機(jī)理，持續(xù)優(yōu)化工藝參數(shù)，成功解決了系列科學(xué)問題和工程問題，產(chǎn)量單管單次實(shí)現(xiàn)了四個(gè)數(shù)量級(jí)的增長。目前工藝流程基本走通，這意味著黑磷晶體規(guī)?；苽涞膶?shí)驗(yàn)室部分將告一段落，下一步將進(jìn)入和產(chǎn)業(yè)結(jié)合更密切的中試階段。然而，對(duì)這樣的成績王佳宏并不滿意，“我們還是很期待能有更理想的工藝，比如磷礦石被還原成磷蒸汽后，我們能將磷蒸汽直接轉(zhuǎn)化成黑磷?！?/p>

如何按住躁動(dòng)的“磷原子”

二維黑磷具有大比表面積、帶隙調(diào)控等優(yōu)勢，但是黑磷上面的孤對(duì)電子和缺陷使其在水氧條件下容易發(fā)生分解、性能下降，極大地限制了黑磷的發(fā)展和應(yīng)用。

“我們發(fā)現(xiàn)二維黑磷的邊緣缺陷比較多，容易被氧化，一旦氧化后會(huì)進(jìn)一步加劇它的不穩(wěn)定性?！蓖跫押杲榻B稱，“黑磷邊緣之所以容易被破壞，正是由于孤對(duì)電子和懸掛鍵太活潑?！?/p>

針對(duì)該問題，王佳宏采用構(gòu)造“異質(zhì)結(jié)”的方法，將黑磷破損的邊緣“補(bǔ)”起來。具體而言，利用邊緣或缺陷處磷原子的還原性，將其原位轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定的金屬磷化物。進(jìn)行了系列元素和反應(yīng)條件的嘗試以后，王佳宏發(fā)現(xiàn)鈷和磷的作用較強(qiáng)，而且該異質(zhì)結(jié)同時(shí)兼具很好的電催化全分解水的性能。

“補(bǔ)齊破損的邊緣和缺陷后，材料的電化學(xué)穩(wěn)定性與電化學(xué)活性均大幅提升，有效地拓展了黑磷在能源化學(xué)轉(zhuǎn)化相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用?！痹摮晒l(fā)表于材料化學(xué)領(lǐng)域的頂級(jí)刊物《德國應(yīng)用化學(xué)》。

“不只上書架，還要上貨架”

黑磷這種超級(jí)材料有什么用？也是普羅大眾關(guān)心的話題。

王佳宏和他的同事們也從應(yīng)用端出發(fā)，在不斷地探索黑磷在光電催化與光電器件中的新應(yīng)用。王佳宏告訴記者，可以將材料研發(fā)形容為電源，功能應(yīng)用比喻為燈泡，在他看來，電源是基礎(chǔ)，而燈泡的發(fā)光發(fā)熱才能將電源的能量釋放出來。

黑磷在新能源中的應(yīng)用是目前研究方向之一。以工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要化學(xué)原料“氨”為例，傳統(tǒng)的哈伯法合成氨不僅耗能高，且伴隨著大量的溫室氣體排放。采用黑磷作為催化劑，人工構(gòu)造無機(jī)仿生固氮酶，直接將氮?dú)夂退D(zhuǎn)化為氨。王佳宏所在團(tuán)隊(duì)同時(shí)還在探索其他類黑磷材料、具有二維單元結(jié)構(gòu)材料在氫能、環(huán)境治理中的應(yīng)用。

由于在黑磷材料領(lǐng)域的前瞻布局，王佳宏所在團(tuán)隊(duì)于2016年獲得湖北興發(fā)集團(tuán)2500萬元投資，合作開發(fā)磷化工的高端產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。目前雙方已進(jìn)入中試平臺(tái)搭建，相信很快能夠交出一份滿意的答卷。

“作為科研人員，我始終希望自己的工作不只能上書架，還可以上貨架。”王佳宏表示，開放的學(xué)術(shù)氛圍、靈活的機(jī)制、與產(chǎn)業(yè)界密切的結(jié)合是他選擇深圳先進(jìn)院深造發(fā)展的重要原因；也期望未來繼續(xù)發(fā)展更“硬核”的技術(shù)，為黑磷等新材料找到不可替代的“殺手锏”應(yīng)用。

---

版權(quán)說明： 本文由用戶上傳，如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系刪除！

---

標(biāo)簽：