喻学锋：“领舞”黑磷技术创新与产业发展

◎ 文/傅双桥

“我们刚刚研制成功首个二维黑磷面内异质结催化剂，修复了黑磷的缺陷，并实现了全电解水。”中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋博士说。

他介绍，这种缺陷修复技术可有效提高黑磷的稳定性、导电性和电催化性能，它的研发成功，将极大拓展黑磷在能源催化等领域的应用，并为新型多功能二维复合材料的构建提供了一种新思路。

黑磷被誉为“第二个石墨烯”

2014年，喻学锋从香港城市大学加盟中国科学院深圳先进技术研究院，立即投身到黑磷的研究中。

喻学锋介绍，磷是一种世界范围内极为稀缺且不可再生的资源。黑磷是磷的三种主要同素异形体之一。2014年，科学家们揭示了黑磷具有二维层状晶体结构，可剥离成原子级厚度的片层材料（被称为二维黑磷或黑磷烯），从而掀起了黑磷的研究热潮。作为目前唯一一种二维直接带隙单质半导体，黑磷展现出的独特的结构和众多优异的物理化学特性，从最初的晶体管，到后来的光电器件、自旋电子器件，再到催化、能源、传感、生物医学等，黑磷已渗透至众多现有的研究领域，甚至开拓出一些新兴领域，展现出了广阔而非凡的应用前景。

“黑磷也因此被科技界誉为当今‘最具潜力的20大新材料’之一”喻学锋说。同时他指出，“实现黑磷可控制备和性能调控，是其工业应用所面临的关键难题。”

带着磷化工产业升级梦想归来

“磷在世界范围内已是稀缺战略资源，且不可再生。我国磷矿储量世界第二产量世界第一，但优质磷矿最多也只能使用15年，且我国当前磷化工产品普遍附加值低，优质磷矿资源80%以上仅能用于生产肥料，而低附加值磷肥的大量出口造成我国磷矿资源外流损失严重。因此，开发高附加值的磷基新材料，实现磷矿资源的深度利用，已是迫在眉睫，具有重大产业需求和现实意义。”喻学锋说。他还算了一笔账：当前白磷（黄磷）的价格大约为1万元每吨，而黑磷的价格则高达几千元每克。“黑磷无疑能产生更大的利润，开展以黑磷的大规模制备为目标的产业化合作，对于磷化工行业向高科技行业转型非常有意义。”

出于强烈的使命感和创新热情，喻学锋博士开始了对黑磷的理论研究和产业实践。短短4年时间，他在自己所从事的研究领域，已经取得了一些阶段性成果。在院里的支持下，他迅速组建起一支50人的研究团队，围绕黑磷这一新材料，开展了系列创新性研究：建立了新型化学气相传输法，突破了黑磷晶体的产量限制；建立了超声液相剥离、等离子体液相剥离等技术，实现了黑磷烯和黑磷量子点的可控制备；发展了化学配位、离子修饰、缺陷修复等多种技术，实现了黑磷的稳定性和功能化；拓展了黑磷在光电器件、催化、生物医学等领域的应用，取得了一系列国际领先水平的研究成果。

据了解，其团队的30多篇研究成果论文先后在《自然通讯》、《先进材料》、《德国应用化学》、《先进功能材料》等国际权威刊物发表，其中有10 篇论文被选为期刊封面故事，8篇论文被评为Top1%高被引论文。喻学锋本人还受邀在材料领域权威刊物《材料科学与工程：报告》上以封面故事形式发表了有关黑磷的综述文章。

在埋首学术研究的同时，喻学锋还坚持带领团队积极致力于推进相关研究成果的产业化。4年间，他们共计申请中国发明专利43项，国际PCT专利4项。2016年，团队9项黑磷专利以2500万元实现了产业化转让。同时，与国内磷化工行业龙头企业兴发集团合资成立了中科墨磷科技有限公司（MoPhos），还获得了兴发集团2500万的横向经费支持，组建了二维黑磷联合实验室，以进一步开展黑磷规模化制备和下游产品研发。

时至今日，在产品应用方面，喻学锋团队的黑磷系列产品已在国内外几十家单位得到了很好的应用，并收到了良好的反馈。“2016年我们的黑磷系列产品荣获了中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。”喻学锋说。

不忘初心，砥砺前行

几年来，喻学锋和团队的研究得到了国家自然科学基金、中科院前沿学科重点项目、深圳市孔雀团队等项目的支持。与此同时，他们坚持走产学研结合与自主创新之路，联合了湖北兴发集团化工股份有限公司、中科墨磷科技有限公司、中科摩方科技有限公司等企业，共同致力于推进黑磷技术创新与产业发展。

喻学锋本人被聘为多家新材料企业的技术顾问，多次在磷化工行业年会上作大会报告，为推动我国磷化工行业的转型升级做出了积极贡献，也因此获得了中国产学研协会颁发的中国产学研合作创新奖、中国科技新锐人物奖、中科院广东分院优秀青年科学家奖等奖励。央视“国之利器”栏目将其团队的黑磷成果作为国内科研界重要进展进行了介绍。科学网、中国科学报、教育部主页、广东科技报、深圳都市报、中科院主页等也对其相关成果做了重点报道。

创新无止境。喻学锋团队几年的持续努力，换来了一朵朵“创新之花”的绚丽盛开：他们设计合成了多种基于黑磷的纳米光热治疗，实现了肿瘤靶向治疗和术后修复；通过化学修饰的方法极大提高了黑磷的稳定性并降低了其所诱发的炎症反应等，进一步拓展了黑磷在生物医用领域应用的可能性……

不忘初心，砥砺前行。面对努力耕耘收获的成果，在欣慰的同时，喻学锋感觉心头更重的是增添了一种责任。“随着经济发展进入‘新常态’，创新驱动将成为必然。未来，我将带领团队继续通过黑磷的制备及应用领域的研究和产业化，为我国磷化工产业的转型升级和创新发展提供有力支撑。”他说。