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黑磷烯、二維黑磷的制備方法

發布時間：2021-04-22 作者：axc 分享到：

磷烯（Phosphorene）又稱黑磷烯或二維黑磷，是一種從黑磷剝離出來的有序磷原子構成的、單原子層的、有直接帶隙的二維半導體材料。磷烯在場效應晶體管、光電子器件、自旋電子學、氣體傳感器及太陽能電池等方面有著的廣闊的應用前景。

磷烯，即具有二維結構的單層或少層黑磷。與石墨烯類似，磷烯初也是通過基于透明膠帶的機械剝離法獲得的，但是這種方法過于低效且制備出的磷烯質量較差。而要想實現二維黑磷的進一步研究與應用，制備出**磷烯是關鍵。

因此，科研人員進行了大量的實驗來制備磷烯，現已發展出兩類主流方法，自上而下法與自下而上法。自上而下法是通過物理或者化學的手段來打破黑磷層間的范德華力，從而獲得一定層數的磷烯，例如機械剝離法(圖1a)、液相剝離法(圖1b)、電化學剝離法(圖1c)等。自下而上法是通過化學的方法直接合成出預期尺寸與厚度的磷烯，例如化學氣相沉積法(圖1d)、脈沖激光沉積法、氣相生長法等。

1.機械剝離法：

機械剝離法是通過對層狀材料施加機械力從而將其薄層材料分離出來的方法，該法較為廣泛地應用于實驗室制備薄層材料，例如制備石墨烯和二硫化鉬。機械剝離法所需實驗條件較為簡單，但是這種方法耗時且產量低，制備出的晶體尺寸不易控制，無法可控地制備出長度合適的黑磷烯，難以用于工業生產，只適用于實驗室制備黑磷烯以滿足測試的需求。并且黑磷納米片在大氣環境下不能穩定存在，需要在無水無氧的條件下制備，否則會立即反應消失。

傳統的機械剝離法利用膠帶撕扯進行剝離，效率低，密度小，且剝離的黑磷片表面殘留膠的痕跡。我們用改進的微機械剝離法，通過技術優化自動沉積薄黑磷片后，采用特殊膠帶剝離薄黑磷片，通過多次操作將黑磷裂解，大大增加了磷烯制作的產量和降低了污染片。相對于傳統的機械剝離，提高了效率。

我們研究了一種大規模制備雙層結構黑磷的方法，該方法包括如下步驟:（1）將白磷或紅磷在6-8 Kbar壓力、溫度600-8000℃、反應至少1 min。（2）將步驟（1）所得物置于乙醇水溶液中浸泡4-6 h。（3）用超聲波處理至少10 min，超聲波功率為70-80 W。

2.液相剝離法

液相剝離的原理是當化學溶劑的表面能與二維材料相匹配時，溶劑與二維材料之間的相互作用可以平衡剝離該材料所需的能量，使得通過超聲就可把塊體材料剝離成片層材料。采用這種方法已經成功制得了多層甚至單層的石墨烯和二硫化鉬等。液相剝離法制備原子層黑磷具有產量較高、設備要求低等優勢，同時有機試劑的存在可減緩其降解，但所得產品尺寸小且有機溶劑難以去除。

西安齊岳生物提供黑磷的各種納米材料（黑磷納米片、黑磷烯納米帶(PNR)、黑磷量子點(BPQDs)、黑磷納米顆粒BPNPs、黑磷納米管黑磷納米線、黑磷薄膜、黑磷晶體黑磷納米條陣列）

CY5-PEG修飾黑磷納米片/黑磷納米顆粒 CY5-BPNSs

CY5.5-PEG修飾黑磷量子點/黑磷納米片 CY5.5-BPNSs

CY7-PEG修飾黑磷量子點/黑磷納米片 CY7-BPQDs

CY7.5-PEG修飾黑磷量子點/黑磷納米片 CY7.5-BPQDs

羅丹明B修飾黑磷量子點/黑磷納米片RB-BPNSs

吲哚菁綠修飾黑磷量子點/黑磷納米片ICG-BPNSs

香豆素修飾黑磷納米片/黑磷量子點 Comarin-BPNSs

氟化硼二吡咯修飾黑磷納米片/黑磷量子點 Bodipy-BPNSs

血卟啉單甲醚修飾黑磷納米片/黑磷量子點 HMME-BPNSs

二硬脂?；字Ｒ掖及沸揎椇诹准{米片/黑磷量子點 DSPE-BPQDs

二棕櫚?；字Ｒ掖及沸揎椇诹准{米片/黑磷量子點 DPPE-BPQDs