南京理工大學材料學院張侃、曾海波教授課題組在第五族元素的光電能源應用領域取得突破性進展，研究成果發表在《自然通訊》（Nature Communications）上。論文題目：Black Phosphorene as A Hole Extraction Layer Boosting Solar Water Splitting of Oxygen Evolution Catalysts, 鏈接：Nature Communication, 2019, DOI : 10.1038/s41467-019-10034-1.

隨著日益加重的能源和環境危機，人類的可持續發展面臨著巨大挑戰，開發清潔能源已成為當務之急。氫能是一種“零”排放能源并且具有超高的能量密度高，受到大家的廣為關注，然而如何高效、低成本的制氫卻面臨著巨大的挑戰。光電化學水分解可將自然界的太陽能轉化為化學能，特別是氫能，被認為是一種綠色、有效的途徑。然而，在制氫反應的同時，陽極的析氧反應因其復雜的四電子轉移過程嚴重限制了光電化學水分解的效率。通常，通過引入高效的析氧催化劑在光電化學陽極的表面是一種最為有效的解決方案，這也掀起了電催化析氧催化劑開發的熱潮，越來越多廉價、高效的過渡金屬基催化劑被報道。不過，如何使光電化學陽極的空穴轉移到這些析氧催化劑的表面仍是一個任重而道遠的問題，解決它們晶界的不兼容性刻不容緩。

近期，張侃教授的光電能源課題組在國際上首次將磷烯二維材料橋連光催化半導體BiVO4和析氧催化劑，NiOOH, CoOOH, MnOx等，實現了第五主族二維材料在光電能源器件在空穴抽取功能上的突破。這一結果為實現廉價、高效的光制氫技術提供新思路，推進了氫能源工業化生產。同時，這種“磷”界效應將開啟第五主族元素在光電器件上的應用。第五主族元素包含磷、砷、銻、鉍等，南京理工大學曾海波、張勝利教授最早從理論上預測了砷、銻、鉍二維材料的光電特性，在國際上已經引發了對此類材料在光電器件上的探索熱潮。將第五主族二維材料作為橋梁連接光相應半導體和電催化劑，實現光電能源轉換無疑為此類材料在光電器件上的應用打開了另一扇窗。

圖1. “磷”界空穴傳輸行為