二維材料黑磷的穩(wěn)定性研究取得新進展
中國科學技術(shù)大學季恒星、武曉君教授組合作，在二維材料黑磷的穩(wěn)定性研究方面取得進展。研究者通過跟蹤、分析黑磷在水中的分解產(chǎn)物和結(jié)構(gòu)演化過程，結(jié)合理論計算明確了導致黑磷在水中分解的關(guān)鍵因素，發(fā)現(xiàn)了該反應動力學特征和邊界優(yōu)先反應特征，并基于此發(fā)現(xiàn)了黑磷在水中的長期、穩(wěn)定保存。相關(guān)研究結(jié)果以“Degradation Chemistry and Stabilization of Exfoliated Few-Layer Black Phosphorus in Water”為題，發(fā)表在《Journal of the American Chemical Society》（DOI: 10.1021/jacs.8b02156）上。論文的共同第一作者為博士生張?zhí)┿懞筒┦可f陽陽。
黑磷是一種二維直接帶隙半導體，具有優(yōu)異的光電特性，但是在自然環(huán)境下極易被氧化分解。這嚴重阻礙了對黑磷本征物理、化學性質(zhì)的深入研究和應用開發(fā)。截至目前，研究人員對黑磷的降解機制還未形成統(tǒng)一認識：一些觀點認為黑磷的分解離不開光的活化，其中光、氧和水需要共同作用才能引起黑磷分解；另有觀點認為氧是引起黑磷降解的主要因素而非水；還有觀點卻認為水是引起黑磷降解的主要因素，黑磷在水中無法穩(wěn)定存在。
在該項工作中，研究者實時監(jiān)測黑磷在水中的降解產(chǎn)物（PO23-,PO33-和PO43-）濃度和結(jié)構(gòu)在不同環(huán)境下的變化規(guī)律，明確了氧作為黑磷分解的核心條件，而光照僅僅起到加速作用，發(fā)現(xiàn)黑磷的分解速率與層數(shù)無關(guān)，進而明確了黑磷在水中分解的準一級平行反應動力學特征。在此基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)黑磷在除氧的水中，即使在光照條件下，保存15天后僅僅分解0.9 mol%。
論文的共同第一作者為博士生張?zhí)┿懞筒┦可f陽陽。該項研究得到了國家自然科學基金、中科院人才計劃的資助。
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