Advanced Science:二维磷烯化学修饰最新研究进展

二维磷烯具备独特的物理化学性质(可调节的能带结构,高的载流子迁移率,面内各向异性),其已经成为近年来化学、物理和材料领域的研究热点之一。然而,由于能和环境中的氧气及水发生反应,二维磷烯在大气环境下不能够长期稳定存在。之前文献中报导过的提高磷烯环境稳定性的方法包括三氧化二铝包裹法,硼氮封装法等。通过引入不同的官能集团,化学修饰法可以显著提高二维磷烯在大气环境下以及溶剂中的稳定性,同时还可以潜在引入新的性能。

瑞典查尔姆斯理工大学张小岩课题组最近重点讨论了二维磷烯的不同化学修饰方法:共价修饰法(包括自由基加成,氮宾加成,亲核取代以及金属配位)和非共价修饰法(静电作用,范德华力以及阳离子-π相互作用)。在这篇综述当中,作者还简要讨论了二维磷烯的制备方法(自下而上和自上而下),相应的表征方法(光谱法和显微表征法)以及化学修饰的二维磷烯在相关领域中的应用(能源存储,晶体管器件,复合材料以及光催化)。相比于已经广泛发展的石墨烯的化学修饰方法,二维磷烯的化学修饰还处在初始研究阶段,因此作者展望了这个领域所面临的机遇和挑战:(1)发展新的化学修饰方法进一步提高二维磷烯在固态和溶液中的长期稳定性;(2)提高化学修饰的选择性(实现定点或特定区域修饰);(3)发展新的基于二维磷烯的结构(异质结构或三维结构);(4)深入研究功能基团与二维磷烯之间的相互作用(如电荷转移过程);(5)如何准确确定二维磷烯上共价修饰基团的化学结构(高分辨显微技术,核磁和质谱技术,以及理论计算)。

相关论文以“Recent Advances in Chemical Functionalization of 2D Black Phosphorous Nanosheets”为题,在线发表在Advanced Science (DOI:10.1002/advs.201902359)上。