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    厦门大学徐俊教授、翁建教授Adv. Mater.综述:基于黑磷电子供体的稳定性及应用研究进展
    2021-06-04 来源:中国聚合物网 点击
    关键词:电子供体

    黑磷作为一种新型的二维半导体纳米材料。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使其在场效应晶体管、电池、催化和生物医学领域具有广阔的应用前景。由于黑磷表面孤对电子的存在,使其具有高的反应活性(即低的稳定性),在氧气/水环境条件下会快速降解,这极大地限制了它的实际应用。


    近日,厦门大学徐俊教授和翁建教授在基于黑磷电子供体问题上综述了其稳定性及应用方面的研究进展,文章以“Electron Matters: Recent Advances in Passivation and Applications of Black Phosphorus”为题,发表于在yabo200vip顶级期刊Advanced Materials。该综述系统总结了功能化材料利用和黑磷孤对电子相互作用来增强其稳定性和促进其性能的最新研究进展和机理,提出了部分电子转移和全部电子转移对其稳定性的影响以及黑磷作为电子供体在实际应用中所起到的作用,并对未来的研究进行了展望。


    徐俊课题组近几年来一直从事增强黑磷的稳定性及性能的研究。该课题组首先基于功能化材料和黑磷孤对电子的相互作用,增强了其稳定性。在此基础上,构建的黑磷杂化材料促进其在电催化和光催化领域的性能。部分研究成果已经发表在Sci. Adv. 2020, 6, eabb4359; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 2-10; Adv. Funct. Mater. 2020, 2002232; Adv. Sci. 2019, 1901991; Small 2017, 13, 1603589; J. Energy Chem. 2021, 53, 185-191.


    该论文第一作者为厦门大学物理博士后刘晓,通讯作者是厦门大学徐俊教授和翁建教授。


    图文导读

    要点一:黑磷的孤对电子和其稳定性和应用的相互关系


    图1. 黑磷的电子问题及利用黑磷的孤对电子增强其稳定性和促进其应用的示意图


    根据磷原子的电子排布,在黑磷结构中每个磷原子都拥有一对孤对电子。钝化材料通过和孤对电子相互作用降低黑磷表面的电子密度,可以增强其稳定性。此外,从另一角度讲,黑磷表面的孤对电子也可以作为电子供体来促进其在实际应用中的性能,同时也有利于构建黑磷的杂化材料。


    要点二:基于黑磷的电子问题增强黑磷的稳定性



    图2. 通过部分电子转移路径增强黑磷的稳定性


    图3. 通过整个电子转移路径增强黑磷的稳定性


    黑磷的钝化策略可分为两类。1)部分电子转移路径(图2):是利用受体材料与磷原子的部分孤对电子相互作用,从而降低其表面的电子密度,进而降低黑磷的反应性。2)整个电子转移路径(图3):利用黑磷的整个孤对电子与受体材料之间的相互作用,获得黑磷的共价官能化,并在其表面提供钝化层。


    要点三:基于黑磷的电子问题促进黑磷的性能


    图4. 黑磷作为电子供体促进性能的增强


    黑磷作为电子供体促进其性能的方式也分为两类。1)间接作用(4a-d),是指黑磷的孤对电子与受体组分之间的强相互作用,导致受体材料在其表面积累,促进了黑磷基的杂化材料的合成,随后产生了协同效应,从而提高了应用中的性能。2)直接作用(4e-f),是指黑磷的电子直接注入相应的还原反应中,进而提高了还原反应速率。


    原文链接

    https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202005924

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