钱逸泰院士、窦士学院士、崔屹、周崇武、余学斌等大牛玩转“材料新贵”在能源、催化等领域新应用

红磷是一种常见的磷单质，是磷的同素异形体之一。红磷是紫红或略带棕色的无定形粉末，有光泽。密度2.34g/cm³，加热升华，但在4300KPa压强下加热至590℃可熔融。汽化后再凝华则得白磷。难溶于水和CS₂，乙醚、氨等，略溶于无水乙醇，无毒无气味，燃烧时产生白烟（注：白烟为五氧化二磷），烟有毒。红磷作为钠离子电池负极材料的理论比容量为2600 mA h g^-1，而且具有较低工作电压、价格低廉、原料来源广泛等优点，被视为钠离子电池的最理想负极材料之一。同时，红磷因其光谱吸收可到700 nm，被认为是一种极其有潜力的光催化剂。本文梳理了钱逸泰、窦士学、崔屹等学者将红磷应用于能源、催化等领域的研究性论文。

1、Chem：高自旋态硫可为钠离子电池提供更安全更高性能的红磷负极

中国科学技术大学钱逸泰院士、王功名教授、朱永春教授和香港城市大学刘奇教授等人证明了用硫介导的磷活化方法可以制备安全的P/rGO复合材料，并显着抑制白磷残留。而且，所制得的S-P/rGO还显示出在已报道的红磷负极中钠离子存储最快的氧化还原动力学，即使在30.0 C的倍率下，仍有293.4 mA h g^-1的比容量 。通过计算和ESR分析发现，加热诱导的高自旋硫物质可以充当激活白磷分子并进一步引发白磷聚合的有效介质。此外，S掺杂剂还可以通过硫诱导的电子再分布来促进Na-P化学动力学。该研究为发展高性能且安全的磷基钠离子电池负极材料以及合理利用磷基材料提供了新的思路。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201911696

2、ACS Nano：TiN导电柱和化学吸附辅助的三维电子网络，可增强红磷的电化学性能

澳大利亚伍仑贡大学窦士学院士、李维杰、侴术雷和澳大利亚核科学和技术组织顾勤奋等人将TiN引入到P和石墨烯纳米板（Gnps）复合材料中，并研究了其对磷基材料钠离子存储性能的影响。在P/TiN/Gnps复合材料中，石墨烯纳米板充当导电基质，可增强电导率并缓冲来自红磷体积膨胀的应力。此外，TiN可以通过N-P键捕获P，不仅可以使磷在3D电子网络中具有良好的导电性，而且可以使粉碎的P与导电基质良好接触。这种独特的纳米结构使得P/TiN/Gnps复合材料获得86.8％的高初始库仑效率，且具有最佳的循环稳定性（在1500个循环中后保持82.1％的容量）。这项工作提供了一种改善负极用于碱性离子（Li⁺，Na⁺，K⁺）存储的电化学性能的策略。

文献链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c00216

3、Joule：高能量密度快速充电锂离子电池红磷纳米结构电极的设计

美国斯坦福大学崔屹教授、华中科技大学孙永明教授、清华大学王莉教授等人使用具有优化结构的红磷/碳纳米复合材料的电极显示出更好的容量保持能力，并且基于电极整体体积/质量计算，其比单位面积容量的商用石墨电极和钛酸锂电极具有更高的容量。此外，红磷/碳纳米复合材料负极在循环时具有稳定的循环和高的库伦效率，并具有高面积容量。由于其优越的电化学性能，易于制备且成本低廉，红磷/碳纳米复合材料将在具有高能量密度的高级快速充电LIB中具有重要的应用。

文献链接：

https://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(19)30046-7

4、Nature Communications：红磷浸渍碳纳米纤维用于钠离子电池和红磷液化

南加州大学周崇武教授、刘一航博士，克莱姆森大学Kai He，浙江大学贾铮研究员等人通过原位透射电镜和化学机械模拟研究了合成的红磷（Pred）浸渍的碳纳米纤维复合材料（P_red@CNF）的固溶过程。研究结果表明，P_red颗粒可以在成膜过程中软化，因此对高容量钠离子负极具有出色的延展性。Pred @ CNF负极可以在500个循环中以0.1 A g^-1的电流密度提供约1850 mAh g^-1的比容量。出色的长期循环性能证明，此处设计的封装策略可以成功抑制长期循环过程中发生不利的副反应。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-020-16077-z

5、ACS Nano：基于磷胺的纳米级红磷的合成及其在钠离子电池中的应用

复旦大学余学斌等人报道了一种简单且可扩展的基于磷胺的方法，该方法使用商用红磷（CRP）作为前体来合成纳米级红磷（NRP）。通过改变H⁺的浓度来控制反应速率和NRP的大小。通过使用这种基于磷胺方法，可将NRP均匀地原位沉积在rGO上，且可控制的负载比。NRP/Na₃P和rGO之间的高吸附使NRP-rGO复合材料能够承受反复的碱化和脱盐循环。导电的rGO网络和较短的电子/离子扩散距离使NRP-rGO复合材料具有出色的钠存储容量和出色的循环稳定性。

文献链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08282

6、ACS Energy Letters:原位制备共价硫碳复合电极助力高性能室温钠硫电

华中科技大学蒋凯教授和王康丽教授通过一种新颖且可扩展的湿化学方法成功地原位制备了一种共价硫碳复合材料。结果表明，内部硫可以在0.5 V以下的Na⁺嵌入过程中被电化学活化，然后在随后的循环中起电化学性能增强剂的作用。更重要的是，进一步研究表明，在第一个循环后，碳的稳定层间间距扩大到0.4 nm，这使得Na⁺离子在随后的循环中可以自由进入主体，然后与内部硫结合以确保其电化学活性。结果，经过活化后的共价硫碳电极具有优异的倍率性能。这项工作为构建共价硫碳结构提供了一种新颖的策略，并为设计用于实际应用的室温钠硫电池的高性能电极材料提供了启示。

文献链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00492

7、Angew: 黑/红磷的直接Z型异质结用于光催化水分解

中国科学院理化技术研究所陈勇研究员等人通过原位湿化学方法成功构建了BP / RP的Z型异质结光催化剂，并通过各种光谱学和电化学测量明确证实了这一点。由于其具有交错排列和完美的相结界面的合适的能带结构，可以实现光生载流子的有效分离和转移，因此可以分别在BP和RP中发生水还原和氧化反应。这项工作不仅为合成BP/RP异相结提供了一种简便方法，而且证明了其在光催化水分解中的应用前景。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201906416

8、Angew: 红磷/氮化碳异质结构光催化材料显著提升析氢催化效率

青岛大学杨东江教授和西安交通大学沈少华教授等人通过调控气相沉积反应条件，构建了一系列红磷/氮化碳异质结构光催化材料，所得到的红磷纳米棒沿着[001]晶向垂直生长在聚合物氮化碳上，并将其应用于光催化分解纯水产氢反应体系，其产氢性能以及表观量子效率远高于其他氮化碳基以及磷基光催化材料。该工作揭示了对红磷的晶体生长取向控制对光催化分解水产氢的活性增强机制。通过协同拓宽光学吸收性能以及改善电荷分离效率，为设计高效光催化材料提供了新思路。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201911503

本文由eric供稿。

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