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二维材料黑磷的稳定性研究取得新进展

(2018-06-19)

中国科学技术大学季恒星、武晓君教授组合作,在二维材料黑磷的稳定性研究方面取得进展。研究者通过跟踪、分析黑磷在水中的分解产物和结构演化过程,结合理论计算明确了导致黑磷在水中分解的关键因素,发现了该反应动力学特征和边界优先反应特征,并基于此发现了黑磷在水中的长期、稳定保存。相关研究结果以“Degradation Chemistry and Stabilization of Exfoliated Few-Layer Black Phosphorus in Water”为题,发表在《Journal of the American Chemical Society》(DOI: 10.1021/jacs.8b02156)上。论文的共同第一作者为博士生张泰铭和博士生万阳阳。

黑磷是一种二维直接带隙半导体,具有优异的光电特性,但是在自然环境下极易被氧化分解。这严重阻碍了对黑磷本征物理、化学性质的深入研究和应用开发。截至目前,研究人员对黑磷的降解机制还未形成统一认识:一些观点认为黑磷的分解离不开光的活化,其中光、氧和水需要共同作用才能引起黑磷分解;另有观点认为氧是引起黑磷降解的主要因素而非水;还有观点却认为水是引起黑磷降解的主要因素,黑磷在水中无法稳定存在。

在该项工作中,研究者实时监测黑磷在水中的降解产物(PO23-,PO33-PO43-)浓度和结构在不同环境下的变化规律,明确了氧作为黑磷分解的核心条件,而光照仅仅起到加速作用,发现黑磷的分解速率与层数无关,进而明确了黑磷在水中分解的准一级平行反应动力学特征。在此基础上发现黑磷在除氧的水中,即使在光照条件下,保存15天后仅仅分解0.9 mol%。

论文的共同第一作者为博士生张泰铭和博士生万阳阳。该项研究得到了国家自然科学基金、中科院百人计划的资助。



附论文链接: https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.8b02156


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