Um grupo de pesquisa conjunta da Osaka City University e Sakai Chemical Industry Co., Ltd. conseguiu sintetizar fósforo preto com uma reação solvotérmica de um recipiente com fósforo vermelho em etilenodiamina usada como solvente.

Recentemente, o fósforo preto tem sido um candidato para fotocatalisador trabalhando sob luz visível. Contudo, a síntese de fósforo preto geralmente é feita em alta temperatura e pressão, causando dificuldades para fazer grandes quantidades dele. O grupo de pesquisa descobriu uma condição para sintetizar fósforo preto com alto rendimento de fósforo vermelho e demonstrou sua alta atividade fotocatalítica para a evolução do hidrogênio. Seu relatório foi publicado na edição de 12 de março da Journal of Material Chemistry A .

A divisão fotocatalítica da água tem chamado a atenção como uma solução para o controle do aquecimento global. Embora vários óxidos de metal tenham sido usados ​​como fotocatalisadores, a maioria deles não funciona com luz visível devido ao grande gap de banda. Recentemente, o fósforo preto foi estudado como um fotocatalisador candidato trabalhando sob irradiação de luz visível. O fósforo preto é um semicondutor em camadas com uma lacuna de banda estreita que pode ser alterada mudando sua espessura de camada. A síntese do fósforo preto geralmente é feita em altas temperaturas e pressões, o que torna difícil sintetizar quantidades maiores. Foi necessário desenvolver um método para sintetizar fósforo negro por abordagem química úmida adequado para fazer grandes quantidades para ele. Recentemente, alguns pesquisadores relataram que a reação solvotérmica pode converter fósforo branco em fósforo preto. Como o fósforo branco é muito perigoso e tóxico, era importante desenvolver o método de síntese usando fósforo vermelho mais seguro do que fósforo branco como material de partida.

Neste estudo, a equipe aplicou a reação solvotérmica de um recipiente com etilenodiamina como solvente e fósforo vermelho, seguro de manusear e amplamente utilizado na indústria, como matéria-prima para sintetizar fósforo preto.

A equipe revelou um mecanismo de formação de fósforo preto por várias espectroscopias.

Ao otimizar as concentrações e tamanhos de partículas de fósforo vermelho, a temperatura da reação, e tempo, a equipe conseguiu sintetizar fósforo preto. O conteúdo de fósforo preto na amostra com métodos convencionais é de cerca de 10%, mas a equipe aumentou para 90%.

Além disso, fósforo preto sintetizado com cocatalisador mostrou alta atividade fotocatalítica para a evolução de hidrogênio a partir de solução aquosa de metanol sob irradiação de luz visível.

Fosforeno, uma única camada de fósforo preto, está atraindo a atenção como um novo material semicondutor por ter um gap em contraste com o grafeno.

Este método de alto rendimento de fósforo preto é útil não apenas no campo do fotocatalisador, mas também em materiais eletrônicos.