Un groupe de recherche conjoint de l'Université de la ville d'Osaka et de Sakai Chemical Industry Co., Ltd. ont réussi à synthétiser du phosphore noir avec une réaction solvothermique en un seul pot avec du phosphore rouge dans de l'éthylènediamine utilisée comme solvant.

Récemment, le phosphore noir a été un candidat pour le photocatalyseur fonctionnant sous la lumière visible. Cependant, la synthèse du phosphore noir se fait généralement à haute température et pression, causant des difficultés à en fabriquer de grandes quantités. Le groupe de recherche a découvert une condition pour synthétiser le phosphore noir avec un rendement élevé à partir du phosphore rouge et a démontré sa forte activité photocatalytique pour le dégagement d'hydrogène. Leur rapport a été publié dans le numéro du 12 mars de Journal de chimie des matériaux A .

Le fractionnement photocatalytique de l'eau a attiré l'attention en tant que solution pour contrôler le réchauffement climatique. Bien que divers oxydes métalliques aient été utilisés comme photocatalyseurs, la plupart d'entre eux ne fonctionnent pas avec la lumière visible en raison de leur large bande interdite. Récemment, le phosphore noir a été étudié comme photocatalyseur candidat travaillant sous irradiation de lumière visible. Le phosphore noir est un semi-conducteur en couches ayant une bande interdite étroite qui peut être modifiée en modifiant l'épaisseur de sa couche. La synthèse du phosphore noir se fait généralement à des températures et pressions élevées, ce qui rend difficile la synthèse de quantités plus élevées. Il a fallu mettre au point une méthode de synthèse du phosphore noir par voie chimique humide apte à en fabriquer de grandes quantités. Récemment, certains chercheurs ont rapporté que la réaction solvothermique peut convertir le phosphore blanc en phosphore noir. Comme le phosphore blanc est très dangereux et toxique, il était important de développer une méthode de synthèse utilisant du phosphore rouge plus sûr que le phosphore blanc comme matière première.

Dans cette étude, l'équipe a appliqué une réaction solvothermique en un seul pot avec de l'éthylènediamine comme solvant et du phosphore rouge, sûr à manipuler et largement utilisé dans l'industrie, comme matière première pour synthétiser le phosphore noir.

L'équipe a révélé un mécanisme de formation de phosphore noir par diverses spectroscopies.

En optimisant les concentrations et granulométries du phosphore rouge, la température de réaction, et le temps, l'équipe a réussi à synthétiser du phosphore noir. La teneur en phosphore noir de l'échantillon avec les méthodes conventionnelles est d'environ 10 %, mais l'équipe l'a augmentée à 90 %.

Par ailleurs, le phosphore noir synthétisé avec un cocatalyseur a montré des activités photocatalytiques élevées pour le dégagement d'hydrogène à partir d'une solution aqueuse de méthanol sous irradiation de lumière visible.

Phosphorène, une seule couche de phosphore noir, attire l'attention en tant que nouveau matériau semi-conducteur en raison de sa bande interdite contrastant avec le graphène.

Cette méthode à haut rendement du phosphore noir est utile non seulement dans le domaine des photocatalyseurs mais aussi des matériaux électroniques.