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中科院生態環境中心環境化學與生態毒理學國家重點實驗室王亞韡研究組發現活性氧物種的持續產生可以介導黑磷在黑暗條件下的自降解行為，并揭示了其降解機制。相關研究成果近日以“"Unexpected Persistent Production of Reactive Oxygen Species during the Degradation of Black Phosphorous in the Darkness" 為題發表在Angewandte Chemie-International Editon（2022, DOI:10.1002/anie.202213595)
黑磷作為一種新興的二維材料，因其獨特的性質在光電催化、儲能和傳感等領域受到了廣泛的關注。然而，由于其在自然環境條件下很容易被氧化降解，大大限制了其實際應用。為了探索合適的保護措施，黑磷納米片的氧化機制越來越受到人們的關注。近期有研究發現，即使在黑暗環境中黑磷也會被氧氣和水氧化，但仍然存在具體降解機制不清楚，活性氧的動態形成是否參與黑暗環境下黑磷氧化降解還未見報道等問題。
基于此，研究者合成了黑磷納米片，系統研究了其黑暗條件下氧化降解的過程。在此過程中驚奇得發現即使在沒有光照的情況下，黑磷納米片的自降解也伴隨著活性氧的持續產生。且隨著貯存時間的延長，黑磷納米片降解及其活性氧生成的程度越高。
首先研究了黑暗條件下黑磷納米片的自降解情況，發現隨著儲存時間的延長，黑磷納米片表面被逐漸破壞，同時采用化學發光等手段對該體系中活性氧的動態產生進行定性定量分析。活性氧的動力學產生機制表明，黑磷表面首先產生超氧陰離子，通過進一步氧化還原反應產生單線態氧、過氧化氫以及羥基自由基。另外，使用在黑暗條件下儲存一段時間的黑磷納米片可以對羅丹明和甲基橙進行有效去除。這一結果進一步證明了黑磷納米片自降解過程伴隨有大量活性氧的產生。根據DFT理論計算結果顯示，在沒有光照的情況下，黑磷表面電荷可以通過水分子的作用轉移到氧分子，進而產生超氧陰離子，通過自由基的相互轉化進一步生成單線態氧、過氧化氫以及羥基自由基。這一計算結果與實驗相一致，進一步證明了黑暗條件下黑磷納米片產生活性氧的機制。
這項研究系統闡述了黑暗條件下黑磷自降解過程，為其自降解中活性氧的產生和轉化提供了直接證據。這不僅加深了我們對黑磷納米片降解機理的認識，且為黑磷納米片在綠色催化領域的應用提供了可能。
該論文第一作者是于萬超博士，通訊作者為趙利霞研究員。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202213595
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