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黑磷烯、二维黑磷的制备方法

发布时间：2021-04-22 作者：axc 分享到：

磷烯（Phosphorene）又称黑磷烯或二维黑磷，是一种从黑磷剥离出来的有序磷原子构成的、单原子层的、有直接带隙的二维半导体材料。磷烯在场效应晶体管、光电子器件、自旋电子学、气体传感器及太阳能电池等方面有着的广阔的应用前景。

磷烯，即具有二维结构的单层或少层黑磷。与石墨烯类似，磷烯初也是通过基于透明胶带的机械剥离法获得的，但是这种方法过于低效且制备出的磷烯质量较差。而要想实现二维黑磷的进一步研究与应用，制备出**磷烯是关键。

因此，科研人员进行了大量的实验来制备磷烯，现已发展出两类主流方法，自上而下法与自下而上法。自上而下法是通过物理或者化学的手段来打破黑磷层间的范德华力，从而获得一定层数的磷烯，例如机械剥离法(图1a)、液相剥离法(图1b)、电化学剥离法(图1c)等。自下而上法是通过化学的方法直接合成出预期尺寸与厚度的磷烯，例如化学气相沉积法(图1d)、脉冲激光沉积法、气相生长法等。

1.机械剥离法：

机械剥离法是通过对层状材料施加机械力从而将其薄层材料分离出来的方法，该法较为广泛地应用于实验室制备薄层材料，例如制备石墨烯和二硫化钼。机械剥离法所需实验条件较为简单，但是这种方法耗时且产量低，制备出的晶体尺寸不易控制，无法可控地制备出长度合适的黑磷烯，难以用于工业生产，只适用于实验室制备黑磷烯以满足测试的需求。并且黑磷纳米片在大气环境下不能稳定存在，需要在无水无氧的条件下制备，否则会立即反应消失。

传统的机械剥离法利用胶带撕扯进行剥离，效率低，密度小，且剥离的黑磷片表面残留胶的痕迹。我们用改进的微机械剥离法，通过技术优化自动沉积薄黑磷片后，采用特殊胶带剥离薄黑磷片，通过多次操作将黑磷裂解，大大增加了磷烯制作的产量和降低了污染片。相对于传统的机械剥离，提高了效率。

我们研究了一种大规模制备双层结构黑磷的方法，该方法包括如下步骤:（1）将白磷或红磷在6-8 Kbar压力、温度600-8000℃、反应至少1 min。（2）将步骤（1）所得物置于乙醇水溶液中浸泡4-6 h。（3）用超声波处理至少10 min，超声波功率为70-80 W。

2.液相剥离法

液相剥离的原理是当化学溶剂的表面能与二维材料相匹配时，溶剂与二维材料之间的相互作用可以平衡剥离该材料所需的能量，使得通过超声就可把块体材料剥离成片层材料。采用这种方法已经成功制得了多层甚至单层的石墨烯和二硫化钼等。液相剥离法制备原子层黑磷具有产量较高、设备要求低等优势，同时有机试剂的存在可减缓其降解，但所得产品尺寸小且有机溶剂难以去除。

西安齐岳生物提供黑磷的各种纳米材料（黑磷纳米片、黑磷烯纳米带(PNR)、黑磷量子点(BPQDs)、黑磷纳米颗粒BPNPs、黑磷纳米管黑磷纳米线、黑磷薄膜、黑磷晶体黑磷纳米条阵列）

CY5-PEG修饰黑磷纳米片/黑磷纳米颗粒 CY5-BPNSs

CY5.5-PEG修饰黑磷量子点/黑磷纳米片 CY5.5-BPNSs

CY7-PEG修饰黑磷量子点/黑磷纳米片 CY7-BPQDs

CY7.5-PEG修饰黑磷量子点/黑磷纳米片 CY7.5-BPQDs

罗丹明B修饰黑磷量子点/黑磷纳米片RB-BPNSs

吲哚菁绿修饰黑磷量子点/黑磷纳米片ICG-BPNSs

香豆素修饰黑磷纳米片/黑磷量子点 Comarin-BPNSs

氟化硼二吡咯修饰黑磷纳米片/黑磷量子点 Bodipy-BPNSs

血卟啉单甲醚修饰黑磷纳米片/黑磷量子点 HMME-BPNSs

二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺修饰黑磷纳米片/黑磷量子点 DSPE-BPQDs

二棕榈酰基磷脂酰乙醇胺修饰黑磷纳米片/黑磷量子点 DPPE-BPQDs