科學研究 - 日本開發出新一代材料黑磷的溶液合成法，可高效安全合成

大阪市立大學人工光合成研究中心的吉田朋子副所長和小澤晃代等人組成的研究團隊與堺化學工業公司，共同開發了透過溶液法以高效率簡單合成黑磷的方法，黑磷可作爲利用太陽能和水生成氫氣時的觸媒。黑磷是磷的同素異形體之一，作爲能吸收大部分太陽光可見光的材料受到關注，但課題是難以實施滿足產業需求的大量合成。此次，研究團隊以安全無害的紅磷爲起始原料，利用溶液法成功地高效合成了黑磷，爲大量合成開闢了道路。

研究背景

地球變暖已成爲嚴重的社會問題，而導致地球變暖的罪魁禍首就是二氧化碳，氫作爲取代石油和煤炭等排放二氧化碳的化石燃料的新能源備受關注。業界此前一直在積極開展利用太陽能和水等常見物質在光觸媒上生成氫的研究。黑磷是一種非常有潛力的光催化材料，從太陽能的紫外光到近紅外光光範圍均可利用，但一般利用高溫高壓法和化學蒸鍍法等合成，都是很難以低成本大量合成的方法。

爲了低成本大量合成黑磷，利用溶液法的合成備受期待，最近有報告顯示，可利用溶劑熱合成法（利用高溫或高壓溶劑合成固體的特殊方法）從白磷中合成黑磷。不過，白磷屬於劇毒物質，因此需要開發能從安全無害的紅磷中高效率獲得黑磷的方法。

研究内容

研究發現，以乙烯二胺爲溶劑，可利用溶劑熱合成法以高效率從紅磷中合成黑磷，並利用多種光譜法查清了其反應機制。具體來說，紅磷作爲3價磷溶解於乙烯二胺中，然後變成磷以一定程度聚集的0價多磷，並在溶液中積層形成黑磷。獲得的樣本中，黑磷的含量非常高效率由原來的約10％成功地大幅提高到90％左右。另外，獲得的樣本負載促進劑時，在可見光照射下，甲醇水溶液顯示出較高的氫生成活性，證明還有望將其作爲水分解的光觸媒使用。