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“研究黑磷不只是為了發論文”

        以石墨烯為代表的二維材料,被譽為21世紀的超級材料,有望發展成為下一個萬億級的產業。2014年,黑磷作為二維材料領域的一顆新星,它的橫空出世迅速引起了國內外科學界和產業界的廣泛興趣。從最初的晶體管,到后來的光電子器件,再到催化、能源、生物醫學等領域,黑磷展現出廣闊而巨大的應用前景。

        “我們已經在黑磷晶體制備技術領域首次實現單管50克的新突破。”日前,中國科學院深圳先進技術研究院(以下簡稱中科院深圳先進院)研究員喻學鋒在接受《中國科學報》采訪時表示,“選擇研究黑磷這一新材料,我們是認真的,不只是為了發論文,更希望將這一新材料推廣實現產業化。”

“別人重論文,我們重應用”

       2014年,喻學鋒決定放棄大學里安穩的工作和生活,南下深圳從事新材料研究。“當年,黑磷仍是‘埋在沙土下未被發掘的黑金’。”喻學鋒回憶道,那時候國內外都是剛開始關注黑磷這一新材料。

       2014年也是我國黑磷基礎研究發展的關鍵一年,先后有多個科研團隊在《自然》子刊就黑磷研究發表重要的成果文章。喻學鋒告訴記者:“我們是國際上最早一批從事黑磷研究的團隊,并且我們在研究之初就明確地告訴自己,不僅要發論文,還要將黑磷做到產業化。”

       懷著這樣的目標,喻學鋒帶領團隊先從基礎研究做起。2015年,喻學鋒與香港城市大學教授朱劍豪等合作,先后高效制備出黑磷量子點和黑磷納米片,在國際上首次解決了黑磷的穩定性難題。相關研究論文連續發表在國際權威刊物《德國應用化學》上,并被選為封面報道及熱點文章。

       緊接著,喻學鋒團隊圍繞著黑磷的可控制備、界面調控和應用拓展,多篇重要成果先后于《自然》子刊等刊物發表。今年,在黑磷的光催化技術方面,喻學鋒團隊成功制備出黑磷/鉑、黑磷/氮化碳等系列光催化劑,比當前光催化劑具有更高的太陽光利用率和效率,在太陽光驅動的有機催化反應和光催化產氫等方面展現出很好的應用前景,相關研究成果發表在材料領域的權威刊物《先進材料》和《先進科學》上。

       “發文章不是我們的最終目的,別人重論文,我們重應用。”喻學鋒心里比誰都清楚,“但要實現產業化應用,必須要有過硬的理論研究基礎。”

       由于一開始就瞄準黑磷的應用研究,到2016年,喻學鋒團隊已經掌握了相對成熟的黑磷制備和界面調控技術,成功制備出高穩定性黑磷,為黑磷的規模化制備和應用奠定了基礎。

“成立公司我們是被動的”

      “團隊在黑磷研究領域的動靜先后吸引了國內多家化工龍頭企業的關注。”喻學鋒告訴記者,“由于雙方理念一致,我們很快就確定了黑磷產業化合作的對象——湖北興發集團。”

      2016年8月,中科院深圳先進院產業化全資子公司深圳中科先進投資管理有限公司與湖北興發集團、重慶中科渝礦創業孵化器有限公司合作,三方決定共同投資組建湖北中科墨磷科技有限公司。

      “成立公司,其實我們是被動的。”喻學鋒表示,與湖北興發集團的合作,最初源于中科院深圳先進院為黑磷成果召開的專場對接會。“通過成果、市場、產業、人才、宣傳等創新資源的大協同,中 科院深圳先進院建立起了科研人員與市場的無縫對接,就這樣不知不覺中,我們的黑磷制備技術走上了自己的產業化之路。”

      今年4月,湖北興發集團董事長李國璋專程前往中科院深圳先進院參加了黑磷聯合實驗室的年度總結會。喻學鋒介紹道,我們前期部分產品已經完成了小試,下一步將要開展中試,進一步降低黑磷制備的價格和成本。

      喻學鋒自己就是湖北人,跟湖北興發集團的合作,他頗有感慨:“能將技術在家鄉落地也是我的心愿。后續我們還將合作開發高附加值的黑磷新材料產品。”

發掘產品的高附加值

      因采用太陽能電解水制氫的過程沒有碳排放,以清潔環保著稱的氫能源備受關注。為此,喻學鋒團隊成功制備出的系列黑磷復合光催化劑,在清潔能源、工業催化等方面無疑應用前景巨大。

      除了催化劑,喻學鋒團隊還圍繞黑磷材料開展多類型新產品的嘗試,包括光電子器件、生物醫學等多個應用領域。“我國磷礦儲量居世界第2位,但當前磷化工產品的附加值普遍較低,黑磷的出現為磷化工產業的轉型帶來了新的希望。”

      喻學鋒團隊要做的就是改變磷化工產業的現狀。“從小試到中試,再到大規模制備,我們將學術和應用深入結合,推動黑磷制備和應用技術的不斷前進。”

      “做產業化跟單純做科研發論文不一樣。”喻學鋒感嘆道,“作為一種底層原材料,黑磷的產業化開發不僅難度大,而且沒有可以參考和借鑒的經驗,需要自己發現問題,并尋找解決方案。”

       要實現黑磷的產業化,就需要放大生產。“磷元素非常活潑,控制不好就可能出現危險,因此,我們還需要開發出一套規范的生產工藝流程。”喻學鋒指出,“生產工藝放大的問題得到解決,意味著我們向黑磷的產業化進程又進了一大步。”

      而在產業化推廣的進程中,得到中科院STS雙創引導項目給予的支持,讓喻學鋒信心倍增:“中科院是我們堅強的后盾,不僅幫助我們建立了團隊,還幫助我們成功對接產業和資本,在這些幫助下,未來我們有信心成為黑磷行業的引領者。”

      除了跟湖北興發集團的合作,喻學鋒團隊還在深圳成立了一家子公司。“我們希望這家公司能提供高質量的科研級黑磷產品,做好原材料的攻關,進一步推動產業的發展。”

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