重磅！单质磷用于光催化制氢效率创历史新高【新能源160513期】

磷（P）是最普遍的元素之一，在地球上的储量有大约1000亿吨，且在化学，物理学，生物学和生态学等领域均具有重要意义。自17世纪60年代被发现以来，对不同种类的P的同素异形体的改性，已经受到科研工作者广泛的关注。

单质具有的半导体性质是非常有趣和引人关注的现象，最近，香港中文大学的Jimmy C. Yu教授课题组取得一个重大的突破，由Ruck等人对红磷改性得到的纤维相红磷能够作为一种半导体在可见光区进行光催化制氢。小尺寸的纤维磷可以通过负载在具有光活性的二氧化硅的纤维上得到，也可以通过超声剥离得到。这两种方法得到的纤维磷表现出了稳定的产氢速率，分别为633 μmol h^-1g^-1和684 μmol h^-1g^-1。这两个数值是远高于先前无定形磷（0.6 μmol h^-1g^-1）和希托夫磷（1.6 μmol h^-1g^-1）。到目前为止，这是单元素物质作为光催化剂中的最高纪录。这个发现有助于进一步理解单质的半导体性质。同时，这对元素光催化剂的发展十分有利。

以下是该工作文献导读：

图1. 左图：光敏的微纤维P/SiO₂；右图：基于在纤维相红磷上粉碎的纤维磷。

以上左右两图：纤维P在光照的条件产生电子和空穴，载流子迁移到材料的表面上的P原子，其再依次螯合质子，质子与质子成键，脱离P原子，在这个过程中，材料表面的电子参与了氢离子的还原，从而得到氢气。

图2. 扫描电镜（SEM）图：a，微纤维P/SiO₂, b，粉碎纤维P。XRD图：c,微纤维P/SiO₂,d，粉碎纤维P，本体纤维P。

图3. a,理论计算纤维P的能带结构图，b，纤维P的原子结构图，c,紫外吸收光谱，d，由紫外吸收光谱转化的Kubelka–Munk图。

a图是用梯度校正交换相关能(GGA)对纤维P的（0 1 0）进行计算得到的能带图。

图4. 微纤维P/SiO2和粉碎纤维P的光催化制氢的产率

图5. P的同素异形体的产氢速率与其他单质元素光催化剂的产氢对比图

图6. a,b,c图是不同条件下光电流密度。a，在0.1 M NaSO₄电解液中，b,在没有0.001 M MVCl₂作为电子捕获剂的条件下，c,在有0.1 M NaSO₄电解液和0.001 M MVCl₂作为电子捕获剂的条件下。d图:不同波长下的光电转换效率。

展望

微纤维P和粉碎纤维P在可见光区展现了很高的光催化制氢速率（是目前报道最高的）。这个发现有助于进一步的理解红磷的半导体性质，同时，也有利于单质光催化剂的发展。

该工作发表于Angewandte Chemie，原文链接：An Elemental Phosphorus Photocatalyst with a Record High Hydrogen Evolution Efficiency

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