研究内容
磷烯和富勒烯分别是具有代表性的二维（2D）和零维（0D）纳米材料，构建它们的异维杂化物不仅补充了它们的物理化学性质，而且通过协同作用扩展了它们的应用。然而，这是具有挑战性的，因为它们在尺寸和化学反应性方面的多样性，并且理论研究预测，由于它们的强排斥作用，不太可能将C 60 直接键合到磷烯表面上。
中国科学技术大学杨上峰/王官武/熊宇杰/付强开发了一种简单的电合成方法来合成第一种具有富勒烯表面通过P-C键结合的磷烯-富勒烯杂化物。通过电化学剥离获得的少层黑磷纳米片（BPNSs）与通过电还原C 60 制备的C 60 2- 二胺离子反应，实现了“不可能”的磷烯-富勒烯杂化物（BPNS-s-C 60 ）的形成。C 60 分子的表面键合不仅显著提高了BPNSs的环境稳定性，而且显著提高了可见光和近红外（NIR）光催化析氢速率，分别达到1466和1039 μmol h −1 g −1 ，这两个值在所有报道的基于BP的无金属光催化剂中都是最高的。相关工作以“Electrosynthesis of an Improbable Directly Bonded Phosphorene Fullerene Heterodimensional Hybrid toward Boosted Photocatalytic Hydrogen Evolution”为题发表在国际著名期刊Angewandte Chemie International Edition上。
研究要点
要点1.作者开发了一种简单的电合成方法，成功合成了第一个通过P-C键直接共价键合到磷烯表面的含有C 60 分子的磷烯-富勒烯杂化物。体相黑磷（BP）与电还原C 60 制备的C 60 2- 阴离子反应，得到了一种BPNSs/C 60 二价阴离子中间体，可以克服中性C 60 与BPNSs之间的强排斥作用，从而在二价离子中间体氧化时形成磷烯-富勒烯杂化物（BPNS-s-C 60 ）。
要点2.一系列的形态和光谱表征了BPNS-s-C60的共价键性质。理论结果表明，[BPNS-s-C 60 ] 2- 乙二胺形成的能垒显著降低了1.88 eV，随后发生氧化反应生成中性BPNS-s-C 60 杂化物。在密度泛函理论（DFT）计算的基础上，提出了具有两个桥接P-C单键的BPNSs-C 60 结构，并提出了合理的反应机理。
要点3.C 60 分子的表面键合不仅显著提高了BPNSs的环境稳定性，而且显著提高了可见光和近红外（NIR）光催化析氢速率，所获得的可见光和NIR光催化析H 2 速率分别为1466和1039 μmol h −1 g −1 ，是所有报道的基于BP的无金属光催化剂中的最高值。
研究图文
图1. 合成路线和微观结构表征。
图2. 光谱特征。
图3. DFT计算。
图4. 基于BP的光催化剂上的光催化析氢。
文献详情
Electrosynthesis of an Improbable Directly Bonded Phosphorene Fullerene Heterodimensional Hybrid toward Boosted Photocatalytic Hydrogen Evolution
He Zhang, Yanbo Li, Shengkun Liu, Zhiwei Xu, Zehua Liu, Chao Gao, Guozhen Zhang, Qiang Fu,* Pingwu Du, Jun Jiang, Junfa Zhu, Yujie Xiong,* Guan-Wu Wang,* Shangfeng Yang*
Angew. Chem. Int. Ed.
DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202407551
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