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富勒烯新应用

来源:日照哈工大?????发布日期:2018-12-07 15:02:49???作者:日照哈工大?????

? ? ? ? ? 少层黑磷是一种新型二维层状半导体也是目前备受关注的二维材料之一,其间隙能量依赖于其直接带隙和厚度,在可见-紫外范围内调节,具有带隙随层数可调、载流子迁移率高(1000 cm2. V-1. s-1)、,光学电学各项异性的特点。在能量转换和存储、催化、生物医药等领域有着重要的应用前景。少层黑磷纳米片很容易被氧化降解,其在空气及水环境中稳定性差的问题严重制约了黑磷的应用。目前不同课题组开发了保护层涂层、杂原子掺杂、与其它化合物的杂化和化学功能化的方法来改善黑磷纳米片的环境稳定性。但是功能化方法均是非选择性地在黑磷纳米片的表面上进行,影响了黑磷的独特电子结构。因此对黑磷进行选择性功能化,特别是在其边缘功能化,显得尤为重要。

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图:BP-C60杂化材料的制备方法、结构方案以及TEM图像

近日,中国科学技术大学杨上峰教授课题组黑在磷纳米片边缘利用富勒烯C60分子进行选择性修饰得到了黑磷-C60杂化材料,其原理是利用富勒烯的高稳定性将其用作保护盾牌,可以显着提高黑磷纳米片在水中的稳定性,并能有效地保护黑磷纳米片在自然条件下不被氧化。此外,由于C60具有强的接受电子的能力,形成黑磷-C60杂化材料后可以发生黑磷到C60的光诱导电子转移,从而显着地提升了少层黑磷纳米片的光电流响应和光催化活性。研究成果以题为“Stabilizing black phosphorus nanosheets via edge-selective bonding of sacrificial C60 molecules”发表在国际着名期刊国际着名学术期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上。

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图:BP-C60杂化材料在水中的分散液的稳定性以及光催化活性

C60为代表的富勒烯在水、氧气和空气环境下具有很高的稳定性,利用这一特性杨上峰教授课题组基于在前期工作中发展的利用固相机械化学法(高能球磨法)制备少层黑磷纳米片的基础上,通过在球磨块体黑磷时加入C60,成功地制备了一种新型黑磷-C60杂化材料,该方法没有任何添加剂,因此非常容易进行且绿色环保。通过与中国科学技术大学化学与材料科学学院教授等人合作,对该黑磷-C60杂化材料进行了一系列的光谱和能谱表征,证明了C60分子选择性地共价连接在黑磷纳米片边缘。由于疏水性C60分子对光、氧和水的高稳定性,C60作为盾牌有效地保护黑磷纳米片免受氧化,因此显着提高了BP纳米片在水中的稳定性和降低了4.6倍的降解率。此外,由于C60具有强的接受电子的能力,形成黑磷-C60杂化材料后可以发生黑磷到C60的光诱导电子转移,从而显着提升了少层黑磷纳米片的光电流响应和光催化活性。这一结果不仅为提高黑磷的稳定性提供了新的思路,而且对于开发富勒烯材料的新应用有着重要意义。

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