中國粉體網(wǎng)訊 近年來，二維黑磷展現(xiàn)出許多引人注目的物理特性，如：較高的載流子遷移率、極大的開關(guān)比特性、明顯的各向異性和層數(shù)依賴的能帶結(jié)構(gòu)。這些特性使得黑磷在諸多領(lǐng)域展現(xiàn)出非常好的應(yīng)用前景，但始終缺乏一種可靠的、高重復(fù)度的生產(chǎn)方法來確保實際應(yīng)用所需要的產(chǎn)量。機械剝離和液相剝離是剝離二維材料的兩種經(jīng)典方法。
然而，機械剝離需要熟練的人工，不能對產(chǎn)物的形狀、大小及厚度進(jìn)行控制，而且只能在襯底上進(jìn)行。液相剝離則因具有可較大量生產(chǎn)、產(chǎn)物較為穩(wěn)定等優(yōu)點，成為制備二維納米材料的常規(guī)手段。但在溶劑中剝離黑磷納米片通常需要長時間處理，并容易導(dǎo)致納米片的橫向尺寸降低和結(jié)構(gòu)缺陷。
近日，澳大利亞佛林德斯大學(xué)J. G. Shapter教授及其團隊采用微波輔助液相剝離得到了高質(zhì)量二維黑磷納米片。該方法簡單、高效、快速，不依賴于表面活性劑的使用，也不需要超聲。在該方法中，首先使用高功率微波處理塊狀黑磷N-甲基吡咯烷酮的分散液4-20分鐘，破壞黑磷層間的范德華力；接著用低功率微波處理3分鐘，使得塊狀黑磷進(jìn)一步分離成少層黑磷片。最終離心得到穩(wěn)定分散的少層納米片。
第一次微波處理的最優(yōu)溫度是50°C，最優(yōu)時間為11分鐘。如果第一次微波處理時間高于15分鐘，樣品將被破環(huán)及溶劑也會發(fā)生降解，從而導(dǎo)致最終產(chǎn)物濃度降低甚至消失。綜合原子力顯微鏡、透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、紫外-可見吸收光譜、拉曼光譜和俄歇電子能譜的結(jié)果，并結(jié)合密度泛函理論計算證明該方法制備的黑磷納米片厚度少于10 nm，橫向尺寸從數(shù)百個納米到四微米，而且只有部分邊緣被氧化。
這項工作提供了一種大規(guī)模制備二維黑磷納米片的新方法。得到的黑磷納米片在太陽能電池、鋰離子電池、超級電容器和分解水等領(lǐng)域有非常好的應(yīng)用前景。相關(guān)文章發(fā)表在Small Methods (DOI: 10.1002/smtd.201700260)上。
