近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒、王懷雨研發(fā)團隊在二維材料領(lǐng)域取得新突破，制備出高穩定性黑磷。有業(yè)內人士預計，黑磷有望借此技術(shù)向半導體材料邁出重要一步，取代石墨烯也并非沒(méi)有可能。

作為二維材料的典型代表，石墨烯的研發(fā)榮獲了2010年諾貝爾物理學(xué)獎，并掀起了人們研究二維材料的熱潮。然而，由于石墨稀本身沒(méi)有帶隙，限制了它在半導體工業(yè)和光學(xué)器件等領(lǐng)域的應用。2014年，與石墨烯一樣擁有二維層狀結構的黑磷，被視為新的超級材料，剛一出現就引起了全世界的廣泛關(guān)注。

黑磷的光學(xué)性能同其它半導體相比也有巨大優(yōu)勢，它的半導體帶隙是直接帶隙，即導帶底部和價(jià)帶頂部在同一位置，這意味著(zhù)黑磷可以和光直接耦合，構筑新一代光電器件。此外，黑磷還具有獨特的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)的各向異性。盡管黑磷已在多個(gè)領(lǐng)域展現出巨大的應用潛力，它卻存在著(zhù)一個(gè)致命缺陷：缺乏穩定性。當接觸水和氧氣時(shí)，黑磷層片會(huì )在極短時(shí)間內氧化進(jìn)而降解掉。這一缺陷極大地限制了黑磷的研究和工業(yè)應用。

為解決黑磷的這一“阿喀琉斯之踵”，喻學(xué)鋒、王懷雨研發(fā)團隊創(chuàng )造性地提出用配位化學(xué)的方法來(lái)提高黑磷的穩定性。研發(fā)團隊設計了一種鈦的苯磺酸酯配體，利用鈦原子的空軌道和苯磺酸酯的強吸電子效應，該配體可與黑磷的孤對電子對進(jìn)行配位，從而占據孤對電子，這樣磷原子就無(wú)法再與氧氣發(fā)生反應。對比實(shí)驗表明：與未經(jīng)修飾的黑磷會(huì )迅速降解不同，鈦配體修飾的黑磷能在水中和濕度高達95%的潮濕空氣中放置數日，而保持光學(xué)性能穩定。該修飾技術(shù)簡(jiǎn)單有效，在不改變黑磷晶體結構的前提下，就能極大提高它的穩定性。該研發(fā)團隊已經(jīng)在黑磷研發(fā)領(lǐng)域申請PCT專(zhuān)利1項、國家發(fā)明專(zhuān)利3項，并在積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

業(yè)內人士指出，這種高穩定性黑磷的成功制備，無(wú)疑可有效推動(dòng)黑磷在光電器件等領(lǐng)域的工業(yè)應用，還將極大促進(jìn)其在能源、催化、生物醫學(xué)等領(lǐng)域的深入研究。黑磷有望借此技術(shù)向半導體材料邁出重要一步，取代石墨烯也并非沒(méi)有可能。

黑磷概念股：澄星股份、興發(fā)集團、六國化工、云天化、湖北宜化、天原集團 。