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- 發(fā)布時(shí)間2018-10-12 15:55
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少層黑磷作為一種新型二維材料，具有帶隙隨層數(shù)可調(diào)、載流子遷移率高的特點(diǎn)，在能量轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)、催化、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。然而，少層黑磷納米片很容易被氧化降解，其在空氣及水環(huán)境中穩(wěn)定性差的問(wèn)題嚴(yán)重制約了黑磷的應(yīng)用。如何提高黑磷的穩(wěn)定性是當(dāng)前黑磷材料研究急需解決的問(wèn)題。
基于以C60為代表的富勒烯在水、氧氣和空氣環(huán)境下具有很高的穩(wěn)定性的特點(diǎn)，該研究組在前期工作中發(fā)展的利用固相機(jī)械化學(xué)法（高能球磨法）制備少層黑磷納米片（Adv. Mater. 2017, 29, 1605776）的基礎(chǔ)上，通過(guò)在球磨塊體黑磷時(shí)加入C60，成功地制備了一種新型黑磷-C60雜化材料。通過(guò)與中國(guó)科大化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院教授季恒星、杜平武、陸亞林以及國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授閆文盛、韋世強(qiáng)等人合作，對(duì)該黑磷-C60雜化材料進(jìn)行了一系列的光譜和能譜表征，證明了C60分子選擇性地共價(jià)連接在黑磷納米片邊緣。
由于少層黑磷納米片更容易從邊緣被氧化降解，其邊緣連接了高穩(wěn)定性的C60分子后，C60起著保護(hù)盾牌的作用，有效地抑制了少層黑磷納米片被氧化降解，從而其在水中的穩(wěn)定性相對(duì)于未嫁接C60的少層黑磷納米片提高了約4.6倍。此外，由于C60具有強(qiáng)的接受電子的能力，形成黑磷-C60雜化材料后可以發(fā)生黑磷到C60的光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，從而顯著提升了少層黑磷納米片的光電流響應(yīng)和光催化活性。這一結(jié)果不僅為提高黑磷的穩(wěn)定性提供了新的思路，而且對(duì)于開(kāi)發(fā)富勒烯材料的新應(yīng)用有著重要意義。
中國(guó)科大化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院已畢業(yè)博士生朱先軍為該論文的第一作者，楊上峰為唯一通訊作者。該項(xiàng)研究得到科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和量子信息與量子科技前沿協(xié)同創(chuàng)新中心的資助。
近年來(lái)，該研究組致力于通過(guò)開(kāi)發(fā)新型的富勒烯/二維納米材料雜化結(jié)構(gòu)拓展富勒烯材料的新應(yīng)用，最近受邀為德國(guó)Wiley旗下的國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)科學(xué)》撰寫(xiě)了題為Hybrids of Fullerenes and Two-Dimensional Nanomaterials 的綜述文章（Adv. Sci. 2018, DOI: 10.1002/advs.201800941）。
