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徐俊副教授課題組在二維黑磷烯反應活性調控取得重要進展

發表時間:2020-11-13瀏覽次數:203

近日,物理科學與技術學院徐俊副教授課題組與新加坡南洋理工大學趙彥利教授課題組合作,在二維黑磷烯反應活性調控研究取得重要進展,相關成果以Regulating the Reactivity of Black Phosphorus via Protective Chemistry”為題,發表在著名雜志Science Advances (Sci. Adv. 6, eabb4359 (2020)).

 

黑磷是繼石墨烯之后最重要的二維納米材料之一。由于其可調節的帶隙、合適的載流子遷移率和開/關比、以及優異的生物相容性引起研究者的廣泛關注,這些優異的性能賦予了黑磷在光電領域和生物醫學領域極大的應用潛力。然而,黑磷反應活性高(與水氧),在氧氣/水環境條件下會快速降解,從而限制了實際應用。另外從實際應用角度考慮,理想的情況是黑磷在存儲和運輸過程中保持惰性和穩定,而在需要功能化時應具有高的反應活性,易于實現多功能化。在其完成使命被廢棄之后,也應具有高的反應活性,實現快速降解而避免污染環境。

研究團隊受化學領域保護基化學策略的啟發,通過保護基策略實現對黑反應活性的有效調節。在保護階段,采用缺電子的金屬離子(Al3+)與黑磷烯表面的磷原子相互作用,降低磷原子的電子云密度,從而降低黑磷的反應活性;再通過金屬-硫鍵在黑磷表面組裝致密的疏水小分子層(苯二硫醇:BDT,進一步隔絕周圍環境的氧氣和水,達到穩定黑磷的目的。保護后的黑磷烯在高濕度環境下穩定存在至少60天之久,且觀察到最長的穩定時間可以長達一年,為黑磷的實際應用和儲存提供了有利的保障。在脫保護階段,采用具有強配位能力的活性分子與金屬離子配位,黑磷表面的金屬離子和疏水小分子移除,恢復其反應活性。研究發現,脫保護后的黑磷烯表現出與初始黑磷烯相同的降解行為,表明其反應活性恢復,同時黑磷烯的晶體結構、導電性和光熱轉化效率并沒有受保護-脫保護過程影響。

 

 

 

近年來,徐俊副教授課題組致力于二維黑磷烯的功能化及應用,取得一系列研究進展。例如通設計非晶過渡金屬氧化物包覆黑磷烯,在提高黑磷烯環境穩定性同時,實現了高效的電化學全解水催化劑(Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 21106.),通過金屬有機框架材料包覆黑磷烯,提高了黑磷烯熱穩定性及高效的NO2氣體傳感器(Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2002232),利用雙疏分子實現疏水疏油功能化黑磷烯,提高了黑磷烯在極端污染條件下的穩定性(Adv. Sci. 2019, 6, 1901991)。

 

論文通訊作者徐俊副教授和第一作者劉曉博士

論文第一作者是廈門大學物理科學與技術學院博士后劉曉,通訊作者是廈門大學徐俊副教授和新加坡南洋理工大學趙彥利教授,廈門大學物理科學與技術學院許清池副教授及材料學院翁建教授等對研究工作給予了大力支持。該工作得到了國家自然科學基金、廈門大學校長基金、福建省自然科學基金以及深圳市基礎研究面上項目等資助。

 

論文鏈接:https://advances.sciencemag.org/content/6/46/eabb4359

 

 


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