近些年來,二維材料受到了廣泛的關(guān)注和研究,并在各方面的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮著巨大作用。其中,黑磷因其獨(dú)特的二維褶皺平面結(jié)構(gòu)、可調(diào)節(jié)的能帶結(jié)構(gòu)（0.3～2.0 eV）、高達(dá)1000 cm2 v-1 s-1的載流子遷移率以及各向異性等特征,在最近幾年里受到了研究人員的廣泛和深入研究,實(shí)現(xiàn)了在場效應(yīng)晶體管、光電轉(zhuǎn)化器件、儲能以及光催化等領(lǐng)域的應(yīng)用,并顯示出廣泛的應(yīng)用前景。然而,要實(shí)現(xiàn)更廣泛和優(yōu)勢的應(yīng)用,高效宏量的制備黑磷納米片是關(guān)鍵的基礎(chǔ)一步;同時,黑磷的環(huán)境化學(xué)穩(wěn)定性較差,深入的研究黑磷降解的化學(xué)過程并從降解機(jī)理的角度提出穩(wěn)定黑磷的手段同樣也顯得尤為重要;另外,深入研究黑磷的時間還不長（5年）,黑磷在功能應(yīng)用方面值得我們進(jìn)一步的去研究和探索。該論文主要是圍繞著二維材料黑磷開展,工作涉及黑磷的制備、基礎(chǔ)性質(zhì)研究以及功能應(yīng)用探索方面,具體包括以下幾個方面:（1）發(fā)展了利用液相剪切剝離宏量制備黑磷納米片的方法,并實(shí)現(xiàn)了黑磷納米片長時間穩(wěn)定儲存。通過高速剪切剝離的方法,制備了微米級黑磷納米片和黑磷納米片分散液;在乙醇,丙酮以及N,N-二甲基甲酰胺這三種溶劑中探索了剪切剝離過程中的參數(shù)對制備的黑磷納米片濃度... 

【文章來源】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．２．?１．黑磷晶體結(jié)構(gòu)示意

．．磷元素具有多種多樣的單質(zhì)形態(tài)，主要有白磷、紅磷和黑磷這三種同素異形??體。白磷的結(jié)構(gòu)是零維的匕分子結(jié)構(gòu)，分子由四個磷原子構(gòu)成，每個磷原子與鄰??近的三個鱗原子則是通過ｓｐ軌道成鍵，形成四面體結(jié)構(gòu)，白磷的反應(yīng)性最強(qiáng)，??是其他磷化物的前體物質(zhì)１６；紅磷是一種更加穩(wěn)定的非晶態(tài)一維鏈狀大分子的結(jié)??構(gòu)１７；黑磷則是其中穩(wěn)定性最高的二維結(jié)構(gòu)，可以參考白磷來理解黑磷的晶體結(jié)??構(gòu)，黑磷的高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性歸因于其正交的晶體結(jié)構(gòu)。塊體黑磷由許多單層黑磷通??過弱的范德華相互作用堆積形成，單層黑磷則由ｓｐ３雜化的Ｐ４單元共價連接構(gòu)成，??這種ｓｐ３雜化使得單層黑磷形成起伏的六邊形結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)與褶皺的蜂窩結(jié)構(gòu)類??似，如下圖所示。這種結(jié)構(gòu)具有９６．?３００°?（?０?，）和１０２．?０９５°?（?ｅ?２）兩個不同??的鍵角，角度接近完美四方結(jié)構(gòu)１０９．?５°的鍵角，因此，黑磷的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大大??提高?＇?同樣的，黑磷結(jié)構(gòu)中存在著兩種不同的鍵長，一種是平面鍵長（２．２２４??Ａ），它連接著同一平面內(nèi)最近的磷原子，另一種是不同平面間磷原子之間鍵長??（２．?２４４?Ａ），它連接著上下兩層的磷原子。相鄰的兩層黑磷之間的磷原子的距離??為？５．?３００?Ａ，大于共價鍵的長度，這表明這些層是通過范德華力而不是化學(xué)鍵??相互作用堆疊在一起的１９。??

?展，關(guān)于黑磷的研宄論文從２０１３年的３篇迅速增長為２０１５年的２５１篇。??黑磷具有許多二維材料家族中其他成員所沒有的獨(dú)特屬性。如圖１所展現(xiàn)??的，黑磷可調(diào)節(jié)的帶隙（從塊體的０．３?ｅＶ到單層的２．０?ｅＶ）恰好可以填補(bǔ)零帶??隙的石墨烯８和較大帶隙的過渡金屬硫族化合物（１．５？２．５?ｅＶ）之間的帶隙??空白區(qū)域９Ｍ２；另外，黑磷的輸運(yùn)性質(zhì)恰好介于石墨烯和之前研宄的大多數(shù)過渡??金屬硫族化合物之間，所以，黑磷在許多傳統(tǒng)的納米電子和納米光子學(xué)領(lǐng)域有著??獨(dú)特優(yōu)勢。此外，最令人興奮的應(yīng)用可能來自于其獨(dú)特的平面內(nèi)各向異性１３￣，??這為設(shè)計新概念的設(shè)備和應(yīng)用提供了機(jī)會。黑磷這些特殊的性質(zhì)使得它在電子器??件，光電能源轉(zhuǎn)化，能源儲存器件等應(yīng)用方面都有著巨大的應(yīng)用前景。??Ａ?Ｖｉｓｉｂｌｅ?Ｎｅａｒ－ＩＲ?ｖ?ｚ?；綠??ｖｗ＼ＫＫ／＼／＼／＼／ｉ＼??Ｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓ?（Ｈｚ）?１０１５?１０１４?１０１３?１０１２??（ＰＨｚ）?（ＴＨｚ）??■輪減擎??ＴＭＤＣ：?＾ｌ．Ｓ－２．５?ｅＶ?ＢＰ：?＾０３－２．０?ｅＶ?Ｇｒａｐｈｅｎｅ：?ｚｅｒｏ－ｇａｐ??＾３?？?ｊ?ｕ?ｉ?ｎｊ?．?．?Ｊ?ｕ?ｆ?ｉ?．．．．?．｜?ｉ?ｉ?｜?ｕ?ｉ?．?．?ｊ?Ｉ?．?．?＞?ｊ?．?ｙ?ｖ?ｍ?．．?．ｊ?，?．?．?．?ｉ?ｉｕ??１〇５］?＂［９９］?１??Ｚ?１〇４］＊９８］?ｍｉ＾ＯＯ］?Ｅｌｅｃｔｒｏｎ＾?＇??１０３１?［９７］?＿?［１０１?】＿?［１０２】?Ｂｌａｃｋ?Ｐ?［１?】＿?Ｕｉｔｒｏ－ｌｏｗ?ｐｏｗｅｒ?ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ?，??ｒ〇ｓ?．ｒｒ


本文編號：3314237