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徐俊副教授课题组在二维黑磷烯反应活性调控取得重要进展
发布时间:2020年11月12日 来源: 责任编辑:林济源

近日,物理科学与技术学院徐俊副教授课题组与新加坡南洋理工大学赵彦利教授课题组合作,在二维黑磷烯反应活性调控研究取得重要进展,相关成果以“Regulating the Reactivity of Black Phosphorus via Protective Chemistry”为题,发表在著名杂志Science Advances (Sci. Adv. 6, eabb4359 (2020))。

黑磷烯是继石墨烯之后最重要的二维纳米材料之一。由于其可调节的带隙、合适的载流子迁移率和开/关比、以及优异的生物相容性引起研究者的广泛关注,这些优异的性能赋予了黑磷烯在光电领域和生物医学领域极大的应用潜力。然而,黑磷烯反应活性高(与水氧),在氧气/水环境条件下会快速降解,从而限制了其实际应用。另外从实际应用角度考虑,理想的情况是黑磷烯在存储和运输过程中保持惰性和稳定,而在需要功能化时应具有高的反应活性,易于实现多功能化。在其完成使命被废弃之后,也应具有高的反应活性,实现快速降解而避免污染环境。

研究团队受化学领域保护基化学策略的启发,通过保护基策略实现对黑磷烯反应活性的有效调节。在保护阶段,采用缺电子的金属离子(Al3+)与黑磷烯表面的磷原子相互作用,降低磷原子的电子云密度,从而降低黑磷烯的反应活性;再通过金属-硫键在黑磷烯表面组装致密的疏水小分子层(苯二硫醇:BDT),进一步隔绝周围环境的氧气和水,达到稳定黑磷烯的目的。保护后的黑磷烯在高湿度环境下稳定存在至少60天之久,且观察到最长的稳定时间可以长达一年,为黑磷烯的实际应用和储存提供了有利的保障。在脱保护阶段,采用具有强配位能力的活性分子与金属离子配位,将黑磷烯表面的金属离子和疏水小分子移除,恢复其反应活性。研究发现,脱保护后的黑磷烯表现出与初始黑磷烯相同的降解行为,表明其反应活性恢复,同时黑磷烯的晶体结构、导电性和光热转化效率并没有受保护-脱保护过程影响。

近年来,徐俊副教授课题组致力于二维黒磷烯的功能化及应用,取得一系列研究进展。例如通设计非晶过渡金属氧化物包覆黒磷烯,在提高黒磷烯环境稳定性同时,实现了高效的电化学全解水催化剂(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21106.),通过金属有机框架材料包覆黒磷烯,提高了黒磷烯热稳定性及高效的NO2气体传感器(Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002232),利用双疏分子实现疏水疏油功能化黒磷烯,提高了黒磷烯在极端污染条件下的稳定性(Adv. Sci. 2019, 6, 1901991)。

论文第一作者是厦门大学物理科学与技术学院博士后刘晓,通讯作者是厦门大学徐俊副教授和新加坡南洋理工大学赵彦利教授,厦门大学物理科学与技术学院许清池副教授及材料学院翁建教授等对研究工作给予了大力支持。该工作得到了国家自然科学基金、厦门大学校长基金、福建省自然科学基金以及深圳市基础研究面上项目等资助。

论文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/46/eabb4359




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