层状材料，特别是由范德华力组装而成的块体或者粉末，是制备二维纳米片的理想前驱体。常规方法利用机械搅拌、超声、球磨以及电化学等能够剥离得到各种二维纳米片。然而，并不是所有二维材料都能找到层状结构的前驱体，制备这样的非层状二维材料往往依赖于气相沉积或者有机合成，需要繁琐的步骤而且得到的二维材料难以在溶液中分散。过渡金属磷化物就是这样的一类材料。根据化学成分的不同，它们能表现出绝缘体，半导体或者金属的性质，被广泛用于超导、热电、发光、催化等领域。其中，二维的磷化物具有非常独特的性质，比如高比表面积能提供更多的催化活性位点，片状结构适用于常规的电子器件研究其电学性能等。然而，现有的合成手段，包括使用有机磷化物、无机磷酸盐、红磷等为磷源，只能得到磷化物的纳米颗粒、纳米线或者块体，无法控制在二维方向生长。
近日，德累斯顿工业大学的冯新亮教授（点击查看介绍）团队开发出一种新的拓扑合成方法，利用电化学剥离的无缺陷二维黑磷纳米片为前驱体，通过自下而上的策略与金属离子反应，制备了一系列溶液可分散的二维金属磷化物，包括Co2P、N12P5以及铁离子掺杂的CoxFe2-XP (0<x<2)。不同于常见磷源，黑磷本身具备高的化学反应活性，能够在较低的反应温度下进行磷化反应。通过高分辨透射电镜能直观看到金属离子逐步取代磷原子的过程。磷化物纳米片中，Co2P是很好的p型半导体，场效应晶体管室温下测量的空穴迁移率达到20.8 cm2 V-1 s-1。用于析氧反应的催化剂在电流密度为10 mA cm-2时，过电势为304 mV。掺杂后的Co1.5Fe0.5P过电势降低至278 mV，催化活性能保持10小时无衰减，综合性能甚至超过了商用的Ir/C催化剂 (304 mV)。此项研究不仅加深了对金属磷化物的生长机理的理解，也为制备新型的非层状二维材料提供了新思路。
相关工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上。
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Topochemical Synthesis of Two-Dimensional Transition Metal Phosphides Using Phosphorene Templates
Sheng Yang, Guangbo Chen, Antonio Gaetano Ricciardulli, Panpan Zhang, Zhen Zhang, Huanhuan Shi, Ji Ma, Jian Zhang, Paul W. M. Blom, Xinliang Feng
Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201911428
导师介绍
冯新亮
https://www.x-mol.com/university/faculty/31110
（本稿件来自Wiley）
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