喻學(xué)鋒：“領(lǐng)舞”黑磷技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

◎ 文/傅雙橋

“我們剛剛研制成功首個(gè)二維黑磷面內(nèi)異質(zhì)結(jié)催化劑，修復(fù)了黑磷的缺陷，并實(shí)現(xiàn)了全電解水。”中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員喻學(xué)鋒博士說。

他介紹，這種缺陷修復(fù)技術(shù)可有效提高黑磷的穩(wěn)定性、導(dǎo)電性和電催化性能，它的研發(fā)成功，將極大拓展黑磷在能源催化等領(lǐng)域的應(yīng)用，并為新型多功能二維復(fù)合材料的構(gòu)建提供了一種新思路。

黑磷被譽(yù)為“第二個(gè)石墨烯”

2014年，喻學(xué)鋒從香港城市大學(xué)加盟中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院，立即投身到黑磷的研究中。

喻學(xué)鋒介紹，磷是一種世界范圍內(nèi)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(xué)家們揭示了黑磷具有二維層狀晶體結(jié)構(gòu)，可剝離成原子級(jí)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(zhì)半導(dǎo)體，黑磷展現(xiàn)出的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和眾多優(yōu)異的物理化學(xué)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(yī)學(xué)等，黑磷已滲透至眾多現(xiàn)有的研究領(lǐng)域，甚至開拓出一些新興領(lǐng)域，展現(xiàn)出了廣闊而非凡的應(yīng)用前景。

“黑磷也因此被科技界譽(yù)為當(dāng)今‘最具潛力的20大新材料’之一”喻學(xué)鋒說。同時(shí)他指出，“實(shí)現(xiàn)黑磷可控制備和性能調(diào)控，是其工業(yè)應(yīng)用所面臨的關(guān)鍵難題?！?/p>

帶著磷化工產(chǎn)業(yè)升級(jí)夢(mèng)想歸來

“磷在世界范圍內(nèi)已是稀缺戰(zhàn)略資源，且不可再生。我國磷礦儲(chǔ)量世界第二產(chǎn)量世界第一，但優(yōu)質(zhì)磷礦最多也只能使用15年，且我國當(dāng)前磷化工產(chǎn)品普遍附加值低，優(yōu)質(zhì)磷礦資源80%以上僅能用于生產(chǎn)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(yán)重。因此，開發(fā)高附加值的磷基新材料，實(shí)現(xiàn)磷礦資源的深度利用，已是迫在眉睫，具有重大產(chǎn)業(yè)需求和現(xiàn)實(shí)意義?！庇鲗W(xué)鋒說。他還算了一筆賬：當(dāng)前白磷（黃磷）的價(jià)格大約為1萬元每噸，而黑磷的價(jià)格則高達(dá)幾千元每克。“黑磷無疑能產(chǎn)生更大的利潤，開展以黑磷的大規(guī)模制備為目標(biāo)的產(chǎn)業(yè)化合作，對(duì)于磷化工行業(yè)向高科技行業(yè)轉(zhuǎn)型非常有意義?！?/p>

出于強(qiáng)烈的使命感和創(chuàng)新熱情，喻學(xué)鋒博士開始了對(duì)黑磷的理論研究和產(chǎn)業(yè)實(shí)踐。短短4年時(shí)間，他在自己所從事的研究領(lǐng)域，已經(jīng)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(tuán)隊(duì)，圍繞黑磷這一新材料，開展了系列創(chuàng)新性研究：建立了新型化學(xué)氣相傳輸法，突破了黑磷晶體的產(chǎn)量限制；建立了超聲液相剝離、等離子體液相剝離等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了黑磷烯和黑磷量子點(diǎn)的可控制備；發(fā)展了化學(xué)配位、離子修飾、缺陷修復(fù)等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了黑磷的穩(wěn)定性和功能化；拓展了黑磷在光電器件、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用，取得了一系列國際領(lǐng)先水平的研究成果。

據(jù)了解，其團(tuán)隊(duì)的30多篇研究成果論文先后在《自然通訊》、《先進(jìn)材料》、《德國應(yīng)用化學(xué)》、《先進(jìn)功能材料》等國際權(quán)威刊物發(fā)表，其中有10 篇論文被選為期刊封面故事，8篇論文被評(píng)為Top1%高被引論文。喻學(xué)鋒本人還受邀在材料領(lǐng)域權(quán)威刊物《材料科學(xué)與工程：報(bào)告》上以封面故事形式發(fā)表了有關(guān)黑磷的綜述文章。

在埋首學(xué)術(shù)研究的同時(shí)，喻學(xué)鋒還堅(jiān)持帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)積極致力于推進(jìn)相關(guān)研究成果的產(chǎn)業(yè)化。4年間，他們共計(jì)申請(qǐng)中國發(fā)明專利43項(xiàng)，國際PCT專利4項(xiàng)。2016年，團(tuán)隊(duì)9項(xiàng)黑磷專利以2500萬元實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)讓。同時(shí)，與國內(nèi)磷化工行業(yè)龍頭企業(yè)興發(fā)集團(tuán)合資成立了中科墨磷科技有限公司（MoPhos），還獲得了興發(fā)集團(tuán)2500萬的橫向經(jīng)費(fèi)支持，組建了二維黑磷聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，以進(jìn)一步開展黑磷規(guī)?；苽浜拖掠萎a(chǎn)品研發(fā)。

時(shí)至今日，在產(chǎn)品應(yīng)用方面，喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)的黑磷系列產(chǎn)品已在國內(nèi)外幾十家單位得到了很好的應(yīng)用，并收到了良好的反饋?！?016年我們的黑磷系列產(chǎn)品榮獲了中國國際高新技術(shù)成果交易會(huì)優(yōu)秀產(chǎn)品獎(jiǎng)?！庇鲗W(xué)鋒說。

不忘初心，砥礪前行

幾年來，喻學(xué)鋒和團(tuán)隊(duì)的研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院前沿學(xué)科重點(diǎn)項(xiàng)目、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的支持。與此同時(shí)，他們堅(jiān)持走產(chǎn)學(xué)研結(jié)合與自主創(chuàng)新之路，聯(lián)合了湖北興發(fā)集團(tuán)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(yè)，共同致力于推進(jìn)黑磷技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

喻學(xué)鋒本人被聘為多家新材料企業(yè)的技術(shù)顧問，多次在磷化工行業(yè)年會(huì)上作大會(huì)報(bào)告，為推動(dòng)我國磷化工行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)做出了積極貢獻(xiàn)，也因此獲得了中國產(chǎn)學(xué)研協(xié)會(huì)頒發(fā)的中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新獎(jiǎng)、中國科技新銳人物獎(jiǎng)、中科院廣東分院優(yōu)秀青年科學(xué)家獎(jiǎng)等獎(jiǎng)勵(lì)。央視“國之利器”欄目將其團(tuán)隊(duì)的黑磷成果作為國內(nèi)科研界重要進(jìn)展進(jìn)行了介紹。科學(xué)網(wǎng)、中國科學(xué)報(bào)、教育部主頁、廣東科技報(bào)、深圳都市報(bào)、中科院主頁等也對(duì)其相關(guān)成果做了重點(diǎn)報(bào)道。

創(chuàng)新無止境。喻學(xué)鋒團(tuán)隊(duì)幾年的持續(xù)努力，換來了一朵朵“創(chuàng)新之花”的絢麗盛開：他們?cè)O(shè)計(jì)合成了多種基于黑磷的納米光熱治療，實(shí)現(xiàn)了腫瘤靶向治療和術(shù)后修復(fù)；通過化學(xué)修飾的方法極大提高了黑磷的穩(wěn)定性并降低了其所誘發(fā)的炎癥反應(yīng)等，進(jìn)一步拓展了黑磷在生物醫(yī)用領(lǐng)域應(yīng)用的可能性……

不忘初心，砥礪前行。面對(duì)努力耕耘收獲的成果，在欣慰的同時(shí)，喻學(xué)鋒感覺心頭更重的是增添了一種責(zé)任?！半S著經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入‘新常態(tài)’，創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)將成為必然。未來，我將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)繼續(xù)通過黑磷的制備及應(yīng)用領(lǐng)域的研究和產(chǎn)業(yè)化，為我國磷化工產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)和創(chuàng)新發(fā)展提供有力支撐?！彼f。