二维黑磷的制备、表面功能化与光电催化

杨环环 ，喻彬璐 ，王佳宏 ，喻学锋

（1.深圳二维原子晶体制备技术工程研究中心，中国科学院深圳先进技术研究院，广东深圳518055；2.中国科学院大学）

黑磷作为一种新兴的单元素直接带隙半导体材料，具有与石墨烯类似的二维结构，自2014 年被成功剥离以来，引起了世界范围内科学家的广泛关注［1-2］。 黑磷中每个磷原子与相邻的 3 个磷原子共价相连，形成褶皱的蜂窝状结构，层与层之间通过范德华力堆叠［3］。 独特的结构赋予了黑磷良好的光电转换 特性［4］，明 显 的 各 向 异 性［4］、较 高 的 载 流 子 迁 移率［1］以及随层数可调的带隙宽度［5］，使 其在光 电［6］、热电［7］、光热［8］、储能［9］、催化［9］、柔性电子器件［10］等领域都展现出巨大的潜力。 自1914 年Bridgeman 通过高温高压法首次合成黑磷以来， 研究人员进一步开发了液态铋共熔法、 化学气相传输法等来制备高质量的黑磷晶体。与石墨烯等二维材料类似［11］，黑磷晶体剥离成二维纳米片以后会展现出更独特的性质。目前， 二维黑磷的制备方法主要包括自上而下和自下而上两类方式。自上而下主要有机械剥离法［12］、液相剥离法［13］、热减薄［14］和等离子刻蚀法［15］等；自下而上主要包括化学气相沉积法［16］和球磨法［17］等。但是，黑磷表面孤对电子的化学性质较为活泼， 而且黑磷纳米片在制备过程中不可避免地会产生缺陷， 因此黑磷在光照及水氧环境下稳定性较差， 容易发生氧化降解。 通过对黑磷进行表面功能化，如表面包覆、化学修饰、 元素掺杂等方式可以提升黑磷纳米片的稳定性。……