科学研究 - 日本开发出新一代材料黑磷的溶液合成法，可高效安全合成

大阪市立大学人工光合成研究中心的吉田朋子副所长和小泽晃代等人组成的研究团队与堺化学工业公司，共同开发了通过溶液法以高效率简单合成黑磷的方法，黑磷可作为利用太阳能和水生成氢气时的催化剂。黑磷是磷的同素异形体之一，作为能吸收大部分太阳光可见光的材料受到关注，但课题是难以实现满足产业需求的大量合成。此次，研究团队以安全无害的红磷为起始原料，利用溶液法成功地高效合成了黑磷，为大量合成开辟了道路。

研究背景

地球变暖已成为严重的社会问题，而导致地球变暖的罪魁祸首就是二氧化碳，氢作为取代石油和煤炭等排放二氧化碳的化石燃料的新能源备受关注。业界此前一直在积极开展利用太阳能和水等常见物质在光催化剂上生成氢的研究。黑磷是一种非常有潜力的光催化材料，从太阳能的紫外光到近红外光范围均可利用，但一般利用高温高压法和化学蒸镀法等合成，都是很难以低成本大量合成的方法。

为了低成本大量合成黑磷，利用溶液法的合成备受期待，最近有报告显示，可利用溶剂热合成法（利用高温或高压溶剂合成固体的特殊方法）从白磷中合成黑磷。不过，白磷属于剧毒物质，因此需要开发能从安全无害的红磷中高效率获得黑磷的方法。

研究内容

研究发现，以乙烯二胺为溶剂，可利用溶剂热合成法以高效率从红磷中合成黑磷，并利用多种光谱法查清了其反应机制。具体来说，红磷作为3价磷溶解于乙烯二胺中，然后变成磷以一定程度聚集的0价多磷，并在溶液中积层形成黑磷。获得的样本中，黑磷的含量非常高效率由原来的约10％成功地大幅提高到90％左右。另外，获得的样本负载助催化剂时，在可见光照射下，甲醇水溶液显示出较高的氢生成活性，证明还有望将其作为水分解的光催化剂使用。