谈起磷材料，很多人都不陌生。火柴盒上用的红磷、电视剧中常常出现的“鬼火”所用的白磷等等，除此之外，我们生活中方方面面与磷相关，药品、农药化肥、洗衣粉……都离不开磷。

“亦正亦邪”的磷，发端于炼金术士的幻想

磷是一种重要的生命元素，对人体而言，承载着遗传密码的DNA，动力之源ATP都含有磷元素。对植物而言，磷是三大营养元素之一。

而该元素的发现，颇具戏剧性。

17世纪，德国一位名叫波兰特（Henning Brand）的炼金术士热衷于寻找能够将廉价金属变为贵重黄金的神奇物质，他将砂、木炭、石灰等和尿混合，加热蒸馏，一种带有蜡状白色固体意外出现了。这种物质在幽暗的地下室里，竟然不需加热就能发出美丽的光。

波兰特最初把这种物质叫做kalte feuer（德文意为冷火），后来又称之为“phosphorus”。这个名字由”phos”（光）和”phorus”（承载者）组成，意为“光的载体“。

随着元素概念的发展，到了1796年，法国著名化学家拉瓦锡终于认识到波兰特提取的发光物质是一种元素。Phosphorus这一名字被沿用，磷（元素符号P）自此正式成为元素家族中的一员。

波兰特当年发现的磷是白色蜡状固体，但磷原子通过不同的排列方式，还可以变身为红色粉末，或者带有金属光泽的黑色固体等多种形态。

白磷是一种白色或浅黄色半透明态的固体，分子式为P4，其中四个磷原子通过六根P-P键形成正四面体结构。分子结构具有很强的张力，导致白磷的反应活性很高，在室温下就可以与空气中的氧气反应，并发出冷光。

红磷中多数磷原子为链状排布，活性比白磷低，室温下不会和空气中的氧发生反应，也就不会发光或者自燃。现代的火柴，一般将红磷涂在火柴盒侧面，当火柴头上的氯酸钾等易燃物质在火柴盒两侧摩擦时，就因接触红磷并发热而点燃。在打火机问世之前，红磷制成的火柴是人们日常取火的主要手段。

科学上的每项新发现往往都是双刃剑，磷也不例外。

白磷燃烧时会急剧放热，并产生浓浓的白烟。接触白磷或者吸入其燃烧产生的烟雾都会对人造成严重伤害。很快，白磷的破坏力就被用于制造燃烧弹和烟雾弹，并应用到各种军事冲突中。

1935年，德国化学家发现了一种速效有机磷杀虫剂——塔崩(Tabun)。人们由此意识到塔崩的巨大毒性，并开启了有机磷神经毒剂这一潘多拉魔盒。

黑磷，独树一帜的家族新星

各种单质磷材料中，黑磷是独树一帜的存在。

黑磷可通过白磷或红磷在高温高压作用下转化而成。它的反应活性更低，表面具有类似黑色金属的光泽。

虽然磷本身是非金属元素，但黑磷由于特殊的原子层状排列方式却可以传导电流，能够制作成半导体材料。而且，用类似从石墨中获取石墨烯的方法，从黑磷中也可以得到黑磷烯纳米片。伴随着近年来人们对半导体和二维材料的日渐重视，黑磷如今已成为材料科学中一颗冉冉升起的新星。

黑磷烯具有很高的比表面积和优异的光电特性，但致命的缺陷是稳定性差。当接触水和氧气时，黑磷片层极易被氧化分解。近年来，国内一些研究团队在高稳定性黑磷的制备方面取得了突破，预计可有效推动黑磷在能源、催化和生物医学等领域的广泛应用。

黑磷的应用方面，不少国内外团队也在持续探索。

2023年9月，中国科学院深圳先进技术研究院研究员赖毓霄团队采用低温沉积3D打印技术，研发了一种可降解高分子复合黑磷的多功能仿生多孔支架，首次探讨了黑磷支架在植入骨组织中引起的免疫响应功能。该支架能够通过调控免疫系统影响免疫微环境，从而有效促进骨缺损修复，具有广阔的临床应用前景。相关研究成果近日发表在《先进科学》上。

2023年12月，湖北省科技厅公布2023年度湖北省“楚天英才计划”科技创新团队名单，武汉中科先进技术研究院黑磷负极团队入选。武汉先进院项目团队在黑磷晶体生长及纳米化制备、磷-碳复合及整形、磷碳负极充放电性能优化等方面进行了长期的研究和攻关，开发的黑磷晶体生长技术已突破单炉百公斤级制备。

除此之外，黑磷在太阳能电池、光伏器件、抗肿瘤、探测器等领域也表现出巨大的应用潜力。

如今，磷化工及产品已我们生活的方方面面息息相关，科学家们对黑磷的研究和探索也在持续的推进中，相信不久，黑磷这款新型材料就可以实现大规模的应用，像家族的其他“兄弟”一样，为更多人熟知。