重磅！單質磷用于光催化制氫效率創歷史新高【新能源160513期】

磷（P）是最普遍的元素之一，在地球上的儲量有大約1000億噸，且在化學，物理學，生物學和生態學等領域均具有重要意義。自17世紀60年代被發現以來，對不同種類的P的同素異形體的改性，已經受到科研工作者廣泛的關注。

單質具有的半導體性質是非常有趣和引人關注的現象，最近，香港中文大學的Jimmy C. Yu教授課題組取得一個重大的突破，由Ruck等人對紅磷改性得到的纖維相紅磷能夠作為一種半導體在可見光區進行光催化制氫。小尺寸的纖維磷可以通過負載在具有光活性的二氧化硅的纖維上得到，也可以通過超聲剝離得到。這兩種方法得到的纖維磷表現出了穩定的產氫速率，分別為633 μmol h^-1g^-1和684 μmol h^-1g^-1。這兩個數值是遠高于先前無定形磷（0.6 μmol h^-1g^-1）和希托夫磷（1.6 μmol h^-1g^-1）。到目前為止，這是單元素物質作為光催化劑中的最高紀錄。這個發現有助于進一步理解單質的半導體性質。同時，這對元素光催化劑的發展十分有利。

以下是該工作文獻導讀：

圖1. 左圖：光敏的微纖維P/SiO₂；右圖：基于在纖維相紅磷上粉碎的纖維磷。

以上左右兩圖：纖維P在光照的條件產生電子和空穴，載流子遷移到材料的表面上的P原子，其再依次螯合質子，質子與質子成鍵，脫離P原子，在這個過程中，材料表面的電子參與了氫離子的還原，從而得到氫氣。

圖2. 掃描電鏡（SEM）圖：a，微纖維P/SiO₂, b，粉碎纖維P。XRD圖：c,微纖維P/SiO₂,d，粉碎纖維P，本體纖維P。

圖3. a,理論計算纖維P的能帶結構圖，b，纖維P的原子結構圖，c,紫外吸收光譜，d，由紫外吸收光譜轉化的Kubelka–Munk圖。

a圖是用梯度校正交換相關能(GGA)對纖維P的（0 1 0）進行計算得到的能帶圖。

圖4. 微纖維P/SiO2和粉碎纖維P的光催化制氫的產率

圖5. P的同素異形體的產氫速率與其他單質元素光催化劑的產氫對比圖

圖6. a,b,c圖是不同條件下光電流密度。a，在0.1 M NaSO₄電解液中，b,在沒有0.001 M MVCl₂作為電子捕獲劑的條件下，c,在有0.1 M NaSO₄電解液和0.001 M MVCl₂作為電子捕獲劑的條件下。d圖:不同波長下的光電轉換效率。

展望

微纖維P和粉碎纖維P在可見光區展現了很高的光催化制氫速率（是目前報道最高的）。這個發現有助于進一步的理解紅磷的半導體性質，同時，也有利于單質光催化劑的發展。

該工作發表于Angewandte Chemie，原文鏈接：An Elemental Phosphorus Photocatalyst with a Record High Hydrogen Evolution Efficiency

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