作者:沈春蕾 来源: 中国科学报 发布时间:2019/5/23 10:28:21
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黑磷基复合高效广谱光催化剂项目团队
“研究黑磷不只是为了发论文”

喻学锋

■本报记者 沈春蕾

以石墨烯为代表的二维材料,被誉为21世纪的超级材料,有望发展成为下一个万亿级的产业。2014年,黑磷作为二维材料领域的一颗新星,它的横空出世迅速引起了国内外科学界和产业界的广泛兴趣。从最初的晶体管,到后来的光电子器件,再到催化、能源、生物医学等领域,黑磷展现出广阔而巨大的应用前景。

“我们已经在黑磷晶体制备技术领域首次实现单管50克的新突破。”日前,中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称中科院深圳先进院)研究员喻学锋在接受《中国科学报》采访时表示,“选择研究黑磷这一新材料,我们是认真的,不只是为了发论文,更希望将这一新材料推广实现产业化。”

“别人重论文,我们重应用”

2014年,喻学锋决定放弃大学里安稳的工作和生活,南下深圳从事新材料研究。“当年,黑磷仍是‘埋在沙土下未被发掘的黑金’。”喻学锋回忆道,那时候国内外都是刚开始关注黑磷这一新材料。

2014年也是我国黑磷基础研究发展的关键一年,先后有多个科研团队在《自然》子刊就黑磷研究发表重要的成果文章。喻学锋告诉记者:“我们是国际上最早一批从事黑磷研究的团队,并且我们在研究之初就明确地告诉自己,不仅要发论文,还要将黑磷做到产业化。”

怀着这样的目标,喻学锋带领团队先从基础研究做起。2015年,喻学锋与香港城市大学教授朱剑豪等合作,先后高效制备出黑磷量子点和黑磷纳米片,在国际上首次解决了黑磷的稳定性难题。相关研究论文连续发表在国际权威刊物《德国应用化学》上,并被选为封面报道及热点文章。

紧接着,喻学锋团队围绕着黑磷的可控制备、界面调控和应用拓展,多篇重要成果先后于《自然》子刊等刊物发表。今年,在黑磷的光催化技术方面,喻学锋团队成功制备出黑磷/铂、黑磷/氮化碳等系列光催化剂,比当前光催化剂具有更高的太阳光利用率和效率,在太阳光驱动的有机催化反应和光催化产氢等方面展现出很好的应用前景,相关研究成果发表在材料领域的权威刊物《先进材料》和《先进科学》上。

“发文章不是我们的最终目的,别人重论文,我们重应用。”喻学锋心里比谁都清楚,“但要实现产业化应用,必须要有过硬的理论研究基础。”

由于一开始就瞄准黑磷的应用研究,到2016年,喻学锋团队已经掌握了相对成熟的黑磷制备和界面调控技术,成功制备出高稳定性黑磷,为黑磷的规模化制备和应用奠定了基础。

“成立公司我们是被动的”

“团队在黑磷研究领域的动静先后吸引了国内多家化工龙头企业的关注。”喻学锋告诉记者,“由于双方理念一致,我们很快就确定了黑磷产业化合作的对象——湖北兴发集团。”

2016年8月,中科院深圳先进院产业化全资子公司深圳中科先进投资管理有限公司与湖北兴发集团、重庆中科渝矿创业孵化器有限公司合作,三方决定共同投资组建湖北中科墨磷科技有限公司。

“成立公司,其实我们是被动的。”喻学锋表示,与湖北兴发集团的合作,最初源于中科院深圳先进院为黑磷成果召开的专场对接会。“通过成果、市场、产业、人才、宣传等创新资源的大协同,中科院深圳先进院建立起了科研人员与市场的无缝对接,就这样不知不觉中,我们的黑磷制备技术走上了自己的产业化之路。”

今年4月,湖北兴发集团董事长李国璋专程前往中科院深圳先进院参加了黑磷联合实验室的年度总结会。喻学锋介绍道,我们前期部分产品已经完成了小试,下一步将要开展中试,进一步降低黑磷制备的价格和成本。

喻学锋自己就是湖北人,跟湖北兴发集团的合作,他颇有感慨:“能将技术在家乡落地也是我的心愿。后续我们还将合作开发高附加值的黑磷新材料产品。”

发掘产品的高附加值

因采用太阳能电解水制氢的过程没有碳排放,以清洁环保著称的氢能源备受关注。为此,喻学锋团队成功制备出的系列黑磷复合光催化剂,在清洁能源、工业催化等方面无疑应用前景巨大。

除了催化剂,喻学锋团队还围绕黑磷材料开展多类型新产品的尝试,包括光电子器件、生物医学等多个应用领域。“我国磷矿储量居世界第2位,但当前磷化工产品的附加值普遍较低,黑磷的出现为磷化工产业的转型带来了新的希望。”

喻学锋团队要做的就是改变磷化工产业的现状。“从小试到中试,再到大规模制备,我们将学术和应用深入结合,推动黑磷制备和应用技术的不断前进。”

“做产业化跟单纯做科研发论文不一样。”喻学锋感叹道,“作为一种底层原材料,黑磷的产业化开发不仅难度大,而且没有可以参考和借鉴的经验,需要自己发现问题,并寻找解决方案。”

要实现黑磷的产业化,就需要放大生产。“磷元素非常活泼,控制不好就可能出现危险,因此,我们还需要开发出一套规范的生产工艺流程。”喻学锋指出,“生产工艺放大的问题得到解决,意味着我们向黑磷的产业化进程又进了一大步。”

而在产业化推广的进程中,得到中科院STS双创引导项目给予的支持,让喻学锋信心倍增:“中科院是我们坚强的后盾,不仅帮助我们建立了团队,还帮助我们成功对接产业和资本,在这些帮助下,未来我们有信心成为黑磷行业的引领者。”

除了跟湖北兴发集团的合作,喻学锋团队还在深圳成立了一家子公司。“我们希望这家公司能提供高质量的科研级黑磷产品,做好原材料的攻关,进一步推动产业的发展。”

《中国科学报》 (2019-05-23 第5版 转移转化)
 
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