在过去的几十年中，对用于高效能量转换技术的先进催化剂的设计和开发进行了广泛的研究。由于其独特的层状结构、各向异性结构、可调的直接带隙和超高的电荷迁移率等特殊的物理化学性质，黑磷(BP)被认为是最有前途的催化剂之一，表现出优异的性能，并受到广泛关注。
有鉴于此，南京大学周勇教授等人，综述了各种结构的黑磷基材料的最近研究进展，包括其基本性质，合成方法，稳定性，以及在光催化和电催化领域的应用。
本文要点
1）简要介绍了块状BP，单层和少层磷以及BP量子点的基本原理，以及它们的晶体结构，光学和电学性质，稳定性和合成方法。此外，总结了在用于可再生能源的光催化和电催化的多种基于BP材料方面的最新进展，特别关注了水分解，CO2转化和固氮。最后，还强调了这些基于BP的催化剂所面临的挑战，并展望了其作为快速发展的可再生能源领域的一部分的进一步发展前景。
2）为了开发有效的基于BP的光催化剂和电催化剂用于水分解，CO2/N2固定和转化，深入了解反应过程中催化剂表面上发生的过程（例如吸附/解吸）至关重要。在这方面，诸如拉曼光谱，傅立叶变换红外光谱，X射线粉末衍射和XPS等原位表征策略可能有助于对BP基催化剂的反应机理进行评估。X射线吸收近边结构光谱和扫描隧道显微镜可以直接确定吸附位点并探测BP基材料的分子轨道。此外，局部态密度，最低能量的分子结构和振动模式的DFT计算可以从理论上阐明潜在的反应机理，从而提供对BP基催化剂催化反应的原子尺度理解。由于目前尚不清楚，因此仍然需要大量工作来阐明工作机制的细节，但是作为揭示BP基催化剂活性来源的基础，它们非常重要。易氧化仍然限制了BP基催化剂的潜在应用。应该制定先进的策略以提高其稳定性，包括包装、掺杂和杂化在内的经济，方便，有效的方法是非常必要的。此外，单体和FL型BPNSs和BPQDs的制备主要依靠自上而下的方法，使用大量的有机溶剂。这些溶剂将不可避免地污染BP基材料的表面。超声波过程对结晶也有破坏作用。自下而上的制造路线（例如CVD和湿化学路线）需要投入更多的精力。
3）尿素氧化反应、甲醇氧化反应、甲酸氧化反应和新型光催化有机反应等多种能量转化反应正在兴起。这些反应对于安全高效的能量转换系统尤为重要。在这些领域中，迫切需要开发高性能的基于BP的催化剂，并等待发现独特的机理。除了在催化中的应用外，BP还在其他应用中得到了探索，例如电池，光电探测器，传感器，FET和太阳能电池。在这些快速发展的领域中的多次合作可以带来总体效率的突破，从而实现具有化石燃料成本竞争力的工业化和商业化。
总之，尽管仍然存在着长期的挑战，但可调的带隙，高的空穴迁移率和突出的边缘使BP成为了后石墨烯时代最需要的2D材料之一。
参考文献：
Wa Gao et al. State‐of‐the‐Art Progress in Diverse Black Phosphorus‐Based Structures: Basic Properties, Synthesis, Stability, Photo‐ and Electrocatalysis‐Driven Energy Conversion. Advanced Functional Materials, 2020.
DOI: 10.1002/adfm.202005197
https://doi.org/10.1002/adfm.202005197
