黑磷（BP）
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-07-27
黑磷（BP）的實例教程
針對上述挑戰(zhàn)，南京工業(yè)大學(xué)材料化學(xué)工程國家重點實驗室、化工學(xué)院陳蘇教授和武觀老師，在國家自然科學(xué)基金的資助下，通過微流控紡絲技術(shù)，利用捷納思微流體紡絲機(jī)，制備黑磷復(fù)合纖維無紡布電極，并將其構(gòu)筑具有高能量密度輸出的柔性超級電容器。通過在二維黑磷（BP）片層橋接一維碳納米管（CNTs），增加黑磷片層間的電子傳導(dǎo)、機(jī)械穩(wěn)定性、離子擴(kuò)散通道和氧化還原作用，從而促進(jìn)離子在電極-電解質(zhì)層界面處更快的傳輸及更多的累積。得益于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和微流體紡絲的設(shè)計，獲得基于無紡布電極的超級電容器表現(xiàn)出較高的能量密度和穩(wěn)定形變供能能力，并成功實現(xiàn)為LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件供能的應(yīng)用。該方法不僅為先進(jìn)電極材料的設(shè)計提供新思路，還極大促進(jìn)柔性超級電容器在可穿戴電子領(lǐng)域的發(fā)展，有望取代微電池并廣泛應(yīng)用于新能源能量存儲領(lǐng)域。該研究成果于近日發(fā)表在被國際重要刊物《Nature Communications》上。“Microfluidic-spinning construction of black-phosphorus-hybrid microfibres for non-woven fabrics toward a high energy density flexible supercapacitor, 2018, 9: 4573.”
圖1. (a) BP-CNTs的合成以及鈍化示意圖；(b) 基于微流體紡絲技術(shù)制備黑磷復(fù)合纖維無紡布示意圖；(c) 柔性超級電容器的構(gòu)筑及應(yīng)用示意圖。
圖2.
展開 黑磷(BP)具有0.3~2.0 eV范圍內(nèi)可調(diào)直接帶隙的獨特能帶結(jié)構(gòu)以及約1000 cm2·V-1·s-1的較高電荷載流子遷移率，作為2D納米材料的新成員之一，其在晶體管、生物醫(yī)學(xué)以及能量轉(zhuǎn)換和存儲等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，2D BP納米片在環(huán)境條件下容易被氧化，因為每個磷原子具有孤對電子，其容易與吸附在BP納米片表面上的氧反應(yīng)。因此，改善BP的環(huán)境穩(wěn)定性是其實際應(yīng)用的先決條件，將BP與另一種穩(wěn)定的功能材料復(fù)合是解決方案之一。盡管有關(guān)BP與其他2D納米材料(尤其是石墨烯)復(fù)合已廣泛報道，但很少有關(guān)于BP和富勒烯復(fù)合的研究報道。2014年，研究人員類比BP-石墨復(fù)合材料的制備，通過機(jī)械化學(xué)球磨方法合成了BP-C60復(fù)合材料。
【小結(jié)】
綜上所述，2D納米材料與富勒烯復(fù)合不僅可以實現(xiàn)2D納米材料的物理/化學(xué)性質(zhì)的調(diào)控，而且還可以誘導(dǎo)2D納米材料產(chǎn)生新的性質(zhì)，從而顯著擴(kuò)展2D納米材料的功能和應(yīng)用。然而，在富勒烯-2D納米材料復(fù)合領(lǐng)域中仍然存在相當(dāng)大的挑戰(zhàn)。首先，迄今為止報道的大多數(shù)富勒烯-2D納米材料的復(fù)合是通過兩種成分簡單混合的非共價方式合成，而只有有限的報道涉及成功構(gòu)建富勒烯-2D納米材料的共價復(fù)合材料。另一個懸而未決的問題是如何在分子水平上精確確定富勒烯-2D納米材料復(fù)合材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
此外，復(fù)合策略可否可以用于進(jìn)一步開發(fā)未知的功能材料。例如，在二元富勒烯-2D納米材料復(fù)合的基礎(chǔ)上，通過添加一種或兩種其他功能材料，可有望形成三元或四元復(fù)合材料。然而，由于缺乏實驗結(jié)果，上述多元復(fù)合材料的性能可否超過其二元對應(yīng)物仍是未知之?dāng)?shù)。隨著2D納米材料化學(xué)衍生化的發(fā)展，上述未知復(fù)合材料的合成可能在不久的將來成為現(xiàn)實，使得富勒烯-2D納米材料復(fù)合材料的應(yīng)用更加廣泛。
展開 近期哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院陶偉教授團(tuán)隊受邀在美國化學(xué)學(xué)會（ACS）的《Accounts of Materials Research》期刊上，發(fā)表題為“Black Phosphorus in Biological Applications: Evolutionary Journey from Monoelemental Materials to Composite Materials”的綜述文章，系統(tǒng)總結(jié)了黑磷從單元素二維材料到復(fù)合基材料的“進(jìn)化”旅程。該論文被評選為ACS Editors’ Choice - The entire ACS portfolio (>60 journals) only features one Editors’ choice article per day，同時在7月23日的issue中以正封面論文形式被編輯部推薦介紹。
圖1. 《Accounts of Materials Research》編輯部以正封面論文形式推介本文。圖像寓意：蝴蝶的主干為單質(zhì)BP材料的結(jié)構(gòu)，四片翅膀分別為小分子復(fù)合BP材料、金屬離子復(fù)合BP材料、金屬材料復(fù)合BP材料、以及凝膠復(fù)合BP材料。蝴蝶幼蟲長出翅膀進(jìn)化為成熟蝴蝶的過程寓意著黑磷單質(zhì)材料向黑磷復(fù)合材料“進(jìn)化”的過程，并且更加成熟、高效地應(yīng)用于各類生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用場景。
展開 【引言】
少層黑磷（BP）是一種新型二維（2D）層狀半導(dǎo)體，可以從大塊BP剝離，由于其間隙能量依賴于其直接帶隙和厚度，因此引起了越來越多的研究者的關(guān)注。 具有0.3-2.0 eV和~1000 cm2. V-1. s-1的高載流子遷移率，使其在晶體管、生物醫(yī)學(xué)、能量轉(zhuǎn)換和存儲中具有巨大的潛在應(yīng)用價值。然而，每個磷原子具有一對易于與吸附在BP納米片表面上的氧反應(yīng)的孤對電子，導(dǎo)致BP納米片在自然條件下容易被氧化降解。到目前為止，文獻(xiàn)中已經(jīng)開發(fā)了保護(hù)層涂層、雜原子摻雜、與其它化合物的雜化和化學(xué)功能化的策略來改善BP納米片的環(huán)境穩(wěn)定性。其中，化學(xué)功能化已經(jīng)被證實為鈍化反應(yīng)性BP的最有效途徑之一，即通過范德華力（vdW）異質(zhì)結(jié)構(gòu)形成、靜電相互作用、共價功能化、配位或非共價功能化來實現(xiàn)。但是，這些報道的化學(xué)功能化方法是非選擇性地在BP納米片的表面上進(jìn)行，且官能團(tuán)的引入影響了BP的獨特電子結(jié)構(gòu)。因此對BP進(jìn)行選擇性功能化，特別是在其邊緣功能化，顯得尤為重要，可以既實現(xiàn)鈍化BP的效果而不損失其表面完整性。然而，因為難以選擇性地活化其邊緣位點并找到具有合適反應(yīng)活性的功能性分子，目前BP納米片的邊緣選擇性功能化很少被報道。
【成果簡介】
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的楊上峰教授（通訊作者）等報道了通過將富勒烯C60分子選擇性地共價連接在黑磷納米片邊緣形成黑磷-C60雜化材料，利用富勒烯的高穩(wěn)定性將其用作保護(hù)盾牌，顯著提高了BP納米片在水中的穩(wěn)定性。由于疏水性C60分子的高穩(wěn)定性，C60起到犧牲盾牌的作用，從而有效地保護(hù)BP納米片在自然條件下不被氧化。
展開 最近，復(fù)旦大學(xué)
商珞然青年研究員
/南京大學(xué)鼓樓醫(yī)院
趙遠(yuǎn)錦教授
/中國科學(xué)院物理研究所
葉方富教授
科研團(tuán)隊共同
提出了一種多功能的微流控
3D 打印策略，用于制造摻入黑磷 (BP) 的纖維支架和光熱響應(yīng)通道，以改善血管化和骨再生。
熱通道支架顯示出由近紅外輻射控制的可逆收縮和膨脹行為，這有助于懸浮細(xì)胞滲透到支架通道中并促進(jìn)血管前化。
此外，嵌入的 BP 納米片表現(xiàn)出原位生物礦化的內(nèi)在特性，并改善體外細(xì)胞增殖和成骨分化。在體內(nèi)移植后，這些通道還促進(jìn)宿主血管深入支架并有效加速骨缺損的愈合過程。因此，相信這些近紅外響應(yīng)通道支架
是各種組織工程應(yīng)用中組織
/血管向內(nèi)生長的有希望的候選者。
相關(guān)論文以題為
Microfluidic 3D Printing Responsive Scaffolds with Biomimetic Enrichment Channels for Bone Regeneration
發(fā)表在《
A
dvanced Functional Materials
》上。
【圖文解析】
團(tuán)隊提出了一種微流控旋轉(zhuǎn)
3D 打印策略來制造黑磷 (BP) 結(jié)合纖維支架，其具有理想的骨再生特征，如圖 1 所示。微流
控
處理微尺度通道中的單個或多個流體相，從數(shù)十到數(shù)百微米。
團(tuán)隊采用同軸微流控打印策略來生成多通道中空含
BP 纖維并將它們打印到 3D 支架中以修復(fù)骨缺損（圖 1）。
圖
1
具有用于骨再生的仿生富集通道的微流控
3D打印響應(yīng)支架的示意圖。
a) 模擬血管的含 BP 支架顯示出由 NIR 照射觸發(fā)的可逆收縮和腫脹行為，這可以促進(jìn)細(xì)胞滲透到支架通道中。
展開 
黑磷（BP）的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
黑磷（BP）的最新內(nèi)容
黑磷（BP）作為后石墨烯時代典型的二維納米材料，自2014年首次剝離和“再發(fā)現(xiàn)”以來，以其獨特的結(jié)構(gòu)和性能在各科學(xué)技術(shù)學(xué)科中占據(jù)突出地位。獨特的幾何結(jié)構(gòu)和電子結(jié)構(gòu)使BP具有不同于其他二維材料的優(yōu)異的力學(xué)、電導(dǎo)率、光學(xué)、熱電和拓?fù)涞刃阅?，從而使BP在儲能、催化、光電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
最近，復(fù)旦大學(xué)
商珞然青年研究員
/南京大學(xué)鼓樓醫(yī)院
趙遠(yuǎn)錦教授
/中國科學(xué)院物理研究所
葉方富教授
科研團(tuán)隊共同
提出了一種多功能的微流控
3D 打印策略，用于制造摻入黑磷 (BP) 的纖維支架和光熱響應(yīng)通道，以改善血管化和骨再生。
從金屬特性的石墨烯、絕緣體氮化硼（BN），到二維過渡金屬硫化物(Transitionmetal dichalcogenide family of materials， TMDs)，二維黑磷（BP）以及范德瓦爾斯異質(zhì)結(jié)（vdWHs）……各種堆疊和排列二維材料的組合，帶來了不少重要發(fā)現(xiàn)和技術(shù)方面的大幅提高。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41563-021-01001-7
黑磷(BP)，是一種重新發(fā)現(xiàn)的二維(2D)半導(dǎo)體，具有很好的載流子遷移率和廣泛可調(diào)諧的帶隙(Eg)從0.3 eV到約2ev的單層，包括用于晶體管器件的傳統(tǒng)半導(dǎo)體的Eg值的大小(例如，Eg，Si~1.12 eV和Eg, GaAs~1.44 eV)。
近日， 杭州電子科技大學(xué)元勇軍教授課題組與東南大學(xué)管杰教授合作，利用黑磷(BP)納米片邊緣P原子具有不飽和的配位環(huán)境，在BP納米片邊緣直接生長Ni2P助催化劑，合成了含有Ni-P界面化學(xué)鍵的Ni2P-BP光催化劑。Ni-P界面化學(xué)鍵可作為原子級載流子傳輸通道，減少了電子從BP到Ni2P助催化劑的傳輸距離，降低了界面電荷傳輸能壘，增強(qiáng)了光催化劑固氮及制氫性能。
在這項工作中，合作團(tuán)隊首先制作了高質(zhì)量的硒化銦/黑磷（InSe/BP）垂直PN異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)具有原子級平整的界面和完美的晶格，團(tuán)隊在該器件中觀測到5個量級電流跳變的彈道雪崩現(xiàn)象（圖a）?；谠搹椀姥┍垃F(xiàn)象的中紅外探測器展現(xiàn)了極高（大于1萬）的光子放大倍數(shù)，以及低于傳統(tǒng)雪崩光電探測器理論極限的噪聲性能（圖b）。這一器件有望在未來星地通訊、高分辨率遙感等系統(tǒng)中扮演重要的角色。
在這項工作中，合作團(tuán)隊首先制作了高質(zhì)量的硒化銦/黑磷（InSe/BP）垂直pn異質(zhì)結(jié)，異質(zhì)結(jié)具有原子級平整的界面和完美的晶格，團(tuán)隊在該器件中觀測到5個量級電流跳變的彈道雪崩現(xiàn)象（圖a）?；谠搹椀姥┍垃F(xiàn)象的中紅外探測器展現(xiàn)了極高（大于1萬）的光子放大倍數(shù)，以及低于傳統(tǒng)雪崩光電探測器理論極限的噪聲性能（圖b）。這一器件有望在未來星地通訊，高分辨率遙感等系統(tǒng)中扮演重要的角色。
通過在二維黑磷（BP）片層橋接一維碳納米管（CNTs），增加黑磷片層間的電子傳導(dǎo)、機(jī)械穩(wěn)定性、離子擴(kuò)散通道和氧化還原作用，從而促進(jìn)離子在電極-電解質(zhì)層界面處更快的傳輸及更多的累積。得益于這種異質(zhì)結(jié)構(gòu)和微流體紡絲的設(shè)計，獲得基于無紡布電極的超級電容器表現(xiàn)出較高的能量密度和穩(wěn)定形變供能能力，并成功實現(xiàn)為LEDs、智能手表、彩色顯示屏等電子器件供能的應(yīng)用。
【引言】
少層黑磷（BP）是一種新型二維（2D）層狀半導(dǎo)體，可以從大塊BP剝離，由于其間隙能量依賴于其直接帶隙和厚度，因此引起了越來越多的研究者的關(guān)注。 具有0.3-2.0 eV和~1000 cm2. V-1. s-1的高載流子遷移率，使其在晶體管、生物醫(yī)學(xué)、能量轉(zhuǎn)換和存儲中具有巨大的潛在應(yīng)用價值。
黑磷(BP)具有0.3~2.0 eV范圍內(nèi)可調(diào)直接帶隙的獨特能帶結(jié)構(gòu)以及約1000 cm2·V-1·s-1的較高電荷載流子遷移率，作為2D納米材料的新成員之一，其在晶體管、生物醫(yī)學(xué)以及能量轉(zhuǎn)換和存儲等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而，2D BP納米片在環(huán)境條件下容易被氧化，因為每個磷原子具有孤對電子，其容易與吸附在BP納米片表面上的氧反應(yīng)。
