喻學鋒：“領舞”黑磷技術創新與產業發展

◎ 文/傅雙橋

“我們剛剛研制成功首個二維黑磷面內異質結催化劑，修復了黑磷的缺陷，并實現了全電解水。”中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒博士說。

他介紹，這種缺陷修復技術可有效提高黑磷的穩定性、導電性和電催化性能，它的研發成功，將極大拓展黑磷在能源催化等領域的應用，并為新型多功能二維復合材料的構建提供了一種新思路。

黑磷被譽為“第二個石墨烯”

2014年，喻學鋒從香港城市大學加盟中國科學院深圳先進技術研究院，立即投身到黑磷的研究中。

喻學鋒介紹，磷是一種世界范圍內極為稀缺且不可再生的資源。黑磷是磷的三種主要同素異形體之一。2014年，科學家們揭示了黑磷具有二維層狀晶體結構，可剝離成原子級厚度的片層材料（被稱為二維黑磷或黑磷烯），從而掀起了黑磷的研究熱潮。作為目前唯一一種二維直接帶隙單質半導體，黑磷展現出的獨特的結構和眾多優異的物理化學特性，從最初的晶體管，到后來的光電器件、自旋電子器件，再到催化、能源、傳感、生物醫學等，黑磷已滲透至眾多現有的研究領域，甚至開拓出一些新興領域，展現出了廣闊而非凡的應用前景。

“黑磷也因此被科技界譽為當今‘最具潛力的20大新材料’之一”喻學鋒說。同時他指出，“實現黑磷可控制備和性能調控，是其工業應用所面臨的關鍵難題。”

帶著磷化工產業升級夢想歸來

“磷在世界范圍內已是稀缺戰略資源，且不可再生。我國磷礦儲量世界第二產量世界第一，但優質磷礦最多也只能使用15年，且我國當前磷化工產品普遍附加值低，優質磷礦資源80%以上僅能用于生產肥料，而低附加值磷肥的大量出口造成我國磷礦資源外流損失嚴重。因此，開發高附加值的磷基新材料，實現磷礦資源的深度利用，已是迫在眉睫，具有重大產業需求和現實意義。”喻學鋒說。他還算了一筆賬：當前白磷（黃磷）的價格大約為1萬元每噸，而黑磷的價格則高達幾千元每克。“黑磷無疑能產生更大的利潤，開展以黑磷的大規模制備為目標的產業化合作，對于磷化工行業向高科技行業轉型非常有意義。”

出于強烈的使命感和創新熱情，喻學鋒博士開始了對黑磷的理論研究和產業實踐。短短4年時間，他在自己所從事的研究領域，已經取得了一些階段性成果。在院里的支持下，他迅速組建起一支50人的研究團隊，圍繞黑磷這一新材料，開展了系列創新性研究：建立了新型化學氣相傳輸法，突破了黑磷晶體的產量限制；建立了超聲液相剝離、等離子體液相剝離等技術，實現了黑磷烯和黑磷量子點的可控制備；發展了化學配位、離子修飾、缺陷修復等多種技術，實現了黑磷的穩定性和功能化；拓展了黑磷在光電器件、催化、生物醫學等領域的應用，取得了一系列國際領先水平的研究成果。

據了解，其團隊的30多篇研究成果論文先后在《自然通訊》、《先進材料》、《德國應用化學》、《先進功能材料》等國際權威刊物發表，其中有10 篇論文被選為期刊封面故事，8篇論文被評為Top1%高被引論文。喻學鋒本人還受邀在材料領域權威刊物《材料科學與工程：報告》上以封面故事形式發表了有關黑磷的綜述文章。

在埋首學術研究的同時，喻學鋒還堅持帶領團隊積極致力于推進相關研究成果的產業化。4年間，他們共計申請中國發明專利43項，國際PCT專利4項。2016年，團隊9項黑磷專利以2500萬元實現了產業化轉讓。同時，與國內磷化工行業龍頭企業興發集團合資成立了中科墨磷科技有限公司（MoPhos），還獲得了興發集團2500萬的橫向經費支持，組建了二維黑磷聯合實驗室，以進一步開展黑磷規模化制備和下游產品研發。

時至今日，在產品應用方面，喻學鋒團隊的黑磷系列產品已在國內外幾十家單位得到了很好的應用，并收到了良好的反饋。“2016年我們的黑磷系列產品榮獲了中國國際高新技術成果交易會優秀產品獎。”喻學鋒說。

不忘初心，砥礪前行

幾年來，喻學鋒和團隊的研究得到了國家自然科學基金、中科院前沿學科重點項目、深圳市孔雀團隊等項目的支持。與此同時，他們堅持走產學研結合與自主創新之路，聯合了湖北興發集團化工股份有限公司、中科墨磷科技有限公司、中科摩方科技有限公司等企業，共同致力于推進黑磷技術創新與產業發展。

喻學鋒本人被聘為多家新材料企業的技術顧問，多次在磷化工行業年會上作大會報告，為推動我國磷化工行業的轉型升級做出了積極貢獻，也因此獲得了中國產學研協會頒發的中國產學研合作創新獎、中國科技新銳人物獎、中科院廣東分院優秀青年科學家獎等獎勵。央視“國之利器”欄目將其團隊的黑磷成果作為國內科研界重要進展進行了介紹。科學網、中國科學報、教育部主頁、廣東科技報、深圳都市報、中科院主頁等也對其相關成果做了重點報道。

創新無止境。喻學鋒團隊幾年的持續努力，換來了一朵朵“創新之花”的絢麗盛開：他們設計合成了多種基于黑磷的納米光熱治療，實現了腫瘤靶向治療和術后修復；通過化學修飾的方法極大提高了黑磷的穩定性并降低了其所誘發的炎癥反應等，進一步拓展了黑磷在生物醫用領域應用的可能性……

不忘初心，砥礪前行。面對努力耕耘收獲的成果，在欣慰的同時，喻學鋒感覺心頭更重的是增添了一種責任。“隨著經濟發展進入‘新常態’，創新驅動將成為必然。未來，我將帶領團隊繼續通過黑磷的制備及應用領域的研究和產業化，為我國磷化工產業的轉型升級和創新發展提供有力支撐。”他說。