Advanced Materials:电子问题——二维黑磷稳定性及应用研究进展

黑磷作为一种新型的二维半导体纳米材料。由于其可调节的带隙、合适的载流子迁移率和开/关比、以及优异的生物相容性使其在场效应晶体管、电池、催化和生物医学领域具有广阔的应用前景。由于黑磷表面孤对电子的存在,使其具有高的反应活性(即低的稳定性),在氧气/水环境条件下会快速降解,这极大地限制了它的实际应用。

厦门大学徐俊课题组和合作者针对这一问题:利用黑磷表面的孤对电子,系统总结了功能化材料利用和黑磷孤对电子相互作用来增强其稳定性和促进其应用的最新研究进展和机理,提出了部分电子转移和全部电子转移对其稳定性的影响以及黑磷作为电子供体在实际应用中所起到的作用。

根据磷原子的电子排布,在黑磷结构中每个磷原子都拥有一对孤对电子。钝化材料通过和孤对电子相互作用降低黑磷表面的电子密度,可以增强其稳定性。此外,从另一角度讲,黑磷表面的孤对电子也可以作为电子供体来促进其在实际应用中的性能,同时也有利于构建黑磷的杂化材料。在此综述中,黑磷的钝化策略可分为两类。1)部分电子转移路径:是利用受体材料与磷原子的部分孤对电子相互作用,从而降低其表面的电子密度,进而降低黑磷的反应性。2)整个电子转移路径:利用黑磷的整个孤对电子与受体材料之间的相互作用,获得黑磷的共价官能化,并在其表面提供钝化层。另外,黑磷作为电子供体促进其性能的方式也分为两类。1)间接作用:是指黑磷的孤对电子与受体组分之间的强相互作用,导致受体材料在其表面积累,促进了黑磷基的杂化材料的合成,随后产生了协同效应,从而提高了应用中的性能。2)直接作用:是指黑磷的电子直接注入相应的还原反应中,进而提高了还原反应速率。最后,在黑磷的电子问题的基础上对未来的研究进行了展望。

论文信息:

Electron Matters: Recent Advances in Passivation and Applications of Black Phosphorus

Xiao Liu, Kai Chen, Xingyun Li, Qingchi Xu, Jian Weng*, Jun Xu*

Advanced Materials

DOI: 10.1002/adma.202005924

原文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202005924