南京理工大學(xué)材料學(xué)院張侃、曾海波教授課題組在第五族元素的光電能源應(yīng)用領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，研究成果發(fā)表在《自然通訊》（Nature Communications）上。論文題目：Black Phosphorene as A Hole Extraction Layer Boosting Solar Water Splitting of Oxygen Evolution Catalysts, 鏈接：Nature Communication, 2019, DOI : 10.1038/s41467-019-10034-1.

隨著日益加重的能源和環(huán)境危機(jī)，人類(lèi)的可持續(xù)發(fā)展面臨著巨大挑戰(zhàn)，開(kāi)發(fā)清潔能源已成為當(dāng)務(wù)之急。氫能是一種“零”排放能源并且具有超高的能量密度高，受到大家的廣為關(guān)注，然而如何高效、低成本的制氫卻面臨著巨大的挑戰(zhàn)。光電化學(xué)水分解可將自然界的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，特別是氫能，被認(rèn)為是一種綠色、有效的途徑。然而，在制氫反應(yīng)的同時(shí)，陽(yáng)極的析氧反應(yīng)因其復(fù)雜的四電子轉(zhuǎn)移過(guò)程嚴(yán)重限制了光電化學(xué)水分解的效率。通常，通過(guò)引入高效的析氧催化劑在光電化學(xué)陽(yáng)極的表面是一種最為有效的解決方案，這也掀起了電催化析氧催化劑開(kāi)發(fā)的熱潮，越來(lái)越多廉價(jià)、高效的過(guò)渡金屬基催化劑被報(bào)道。不過(guò)，如何使光電化學(xué)陽(yáng)極的空穴轉(zhuǎn)移到這些析氧催化劑的表面仍是一個(gè)任重而道遠(yuǎn)的問(wèn)題，解決它們晶界的不兼容性刻不容緩。

近期，張侃教授的光電能源課題組在國(guó)際上首次將磷烯二維材料橋連光催化半導(dǎo)體BiVO4和析氧催化劑，NiOOH, CoOOH, MnOx等，實(shí)現(xiàn)了第五主族二維材料在光電能源器件在空穴抽取功能上的突破。這一結(jié)果為實(shí)現(xiàn)廉價(jià)、高效的光制氫技術(shù)提供新思路，推進(jìn)了氫能源工業(yè)化生產(chǎn)。同時(shí)，這種“磷”界效應(yīng)將開(kāi)啟第五主族元素在光電器件上的應(yīng)用。第五主族元素包含磷、砷、銻、鉍等，南京理工大學(xué)曾海波、張勝利教授最早從理論上預(yù)測(cè)了砷、銻、鉍二維材料的光電特性，在國(guó)際上已經(jīng)引發(fā)了對(duì)此類(lèi)材料在光電器件上的探索熱潮。將第五主族二維材料作為橋梁連接光相應(yīng)半導(dǎo)體和電催化劑，實(shí)現(xiàn)光電能源轉(zhuǎn)換無(wú)疑為此類(lèi)材料在光電器件上的應(yīng)用打開(kāi)了另一扇窗。

圖1. “磷”界空穴傳輸行為