En gemensam forskargrupp vid Osaka City University och Sakai Chemical Industry Co., Ltd. har lyckats syntetisera svart fosfor med en-potts solvothermal reaktion med röd fosfor i etylendiamin som används som lösningsmedel.

Nyligen, svart fosfor har varit en kandidat för fotokatalysator som arbetar under synligt ljus. Dock, syntesen av svart fosfor sker vanligtvis vid hög temperatur och tryck, orsakar svårigheter att göra stora mängder av det. Forskargruppen upptäckte ett villkor för syntetisering av svart fosfor med hög avkastning från röd fosfor och visade sin höga fotokatalytiska aktivitet för väteutveckling. Deras rapport publicerades i 12 mars numret av Journal of Material Chemistry A .

Fotokatalytisk vattensplittring har uppmärksammats som en lösning för att kontrollera den globala uppvärmningen. Även om olika metalloxider har använts som fotokatalysatorer, de flesta av dem fungerar inte med synligt ljus på grund av deras breda bandgap. Nyligen, svart fosfor har studerats som en kandidatfotokatalysator som arbetar under strålning med synligt ljus. Svart fosfor är en skiktad halvledare med ett smalt bandgap som kan ändras genom att ändra dess skikttjocklek. Syntesen av svart fosfor sker vanligtvis vid höga temperaturer och tryck som gör det svårt att syntetisera högre mängder. Det var nödvändigt att utveckla en metod för syntetisering av svart fosfor genom våtkemisk metod som är lämplig för att tillverka stora mängder för den. Nyligen, vissa forskare rapporterade att solvothermal reaktion kan omvandla vit fosfor till svart fosfor. Eftersom vit fosfor är mycket farligt och giftigt, det var viktigt att utveckla syntesmetod med rött fosfor som är säkrare än vit fosfor som utgångsmaterial.

I den här studien, laget applicerade solvothermal reaktion med en gryta med etylendiamin som lösningsmedel och röd fosfor, säker att hantera och används ofta i industrin, som utgångsmaterial för syntetisering av svart fosfor.

Teamet avslöjade en mekanism för svart fosforbildning genom olika spektroskopier.

Genom att optimera koncentrationer och partikelstorlekar av röd fosfor, reaktionstemperaturen, och tid, laget lyckades syntetisera svart fosfor. Innehållet av svart fosfor i provet med konventionella metoder är cirka 10% men teamet ökade dem till 90%.

Vidare, syntetiserad svart fosfor med samkatalysator visade hög fotokatalytisk aktivitet för väteutveckling från metanol vattenlösning under bestrålning av synligt ljus.

Fosforen, ett enda lager svart fosfor, lockar uppmärksamhet som ett nytt halvledarmaterial på grund av att det har ett bandgap i kontrast till grafen.

Denna högavkastande metod för svart fosfor är användbar inte bara inom området fotokatalysator utan även elektroniska material.