黑磷

黑色有金属光泽的晶体, 它是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。 在磷的同素异形体中反应活性最弱的，它在空气中不会点燃。

黑磷的原子结构图，褶皱蜂窝结构。

经知道的黑磷有四种：斜方、菱形、立方和无定形。无定形的黑磷在125℃向红磷转变。黑磷具有类似石墨的片状结构（波形层状结构）。层之间的键合比层内的键合弱，与石墨相似，具有导电性。这类晶体的本质特征不仅晶体内有共价键还有离域键和范德华力。有些科研机构对黑磷的插层性能进行研究。

用HMX药柱与白磷之间有机玻璃隔板距离为2mm，此时输出压力可达约20GPa，HMX药柱装药密度至少为1.8g/cm3，药柱高度10mm，直径20mm，上表面有直径8.5mm，高55mm的凹槽以放置**，药柱质量约为5.14g，其下放置填充白磷的药柱，高5mm，直径20mm，外侧用有机玻璃进行约束，爆炸时尽可能隔绝空气。利用HMX爆炸产生的高温高压试图将白磷转化为黑磷。

2014年3月中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室和物理学院陈仙辉教授课题组与复旦大学张远波教授、封东来教授和吴骅教授课题组合作，制备出具有几纳米厚的二维黑磷场效应晶体管，该研究成果在线发表在《Nature Nanotechnology》杂志上。研究人员利用胶带进行机械剥落的方法从块状单晶中剥出薄片到具有一层热生长的二氧化硅的的退化掺杂的硅晶片上，在此基础上制备出场效应晶体管。当二维黑磷材料厚度小于7.5nm时，其漏电流调制幅度为10量级，I-V特征曲线展现出良好的电流饱和效应。晶体管电荷载流子迁移率还呈现出厚度依赖性，当二维黑磷厚度10nm时，获得最高的迁移率值~1,000cmVs，由此表明二维黑磷场效应晶体管具有极高的应用潜力。

二维黑磷场效应晶体管

2014年9月，上海大学应用数学和力学研究所的江进武教授及其合作者一起基于第一性原理计算，揭示了二维黑磷（black phosphorus）具有明显的纯天然的负泊松比现象，并且阐述了负泊松比和纳米褶皱之间的直接联系，从而为黑磷的实际应用提供更好的理论基础，且已经被国内外多个研究小组重复。研究成果以“Negative poisson’s ratio in single-layer black phosphorus”为题发表在《Nature Communications》（Doi:10.1038/ncomms5727）上。

2015年9月中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员课题组与香港城市大学朱剑豪教授、深圳大学张晗教授合作，采用联合探头超声和水浴超声的液态剥离法，可控制备横向尺寸约为2.6 nm的单原子层厚度超小黑磷量子点，并展示了优异的近红外光学性能，在808 nm的消光系数为14.8 Lgcm，光热转换效率达到28.4%. 在近红外激光的照射下能够显著的杀死肿瘤细胞，并且在多种细胞系中均展现出良好的生物相容性，同时因磷是生物体内必须元素，使其在生物医学领域的应用具有无可比拟的优势。相关研究论文发表于《Angewandte Chemie-International Edition》（DOI: 10.1002/anie.201506154）上，并被作为封面报道及被评为热点文章。

2016年9月中国科学院深圳先进技术研究院的喻学锋研究员与中南大学冶金与环境学院杨英副教授以及物理与电子学院肖思副教授等合作，利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力，将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺薄膜表面，制备出可红外光响应的光阴极，与光阳极形成互补的光吸收，将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段，从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生载流子浓度，从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。该研究成果表明黑磷量子点在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。研究成果在线发表于材料学领域权威刊物《Advanced Materials》.

2016年9月东南大学物理系王金兰教授课题组在《Angewandte Chemie-International Edition》上发表了关于黑磷降解的最新研究进展，研究首次从理论上给出了少数层黑磷在环境中发生降解的完整机制，即1）光照下，更具反应活性的超氧根阴离子（O）在黑磷表面的产生；2）O与表面磷原子的吸附与P=O键的形成；3）水分子作用下，黑磷表面P-P键的断裂分解。并由此提出了利用完全氧化的黑磷来作为保护层的设想，即利用完全氧化的表面的P-O-P键来固定表面P原子，达到保护黑磷的目的。此外，王金兰教授课题组还与燕山大学柳忠元实验组合作，首次报道了通过掺杂碲减缓二维黑磷在环境中的降解从而大幅提高其稳定性的全新思路，论文发表于材料类权威刊物《Advanced Materials》.

黑磷降解机制

2016年10月中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员与深圳大学张晗教授、香港城市大学朱剑豪教授等合作，在《Nature Communications》（Doi:10.1038/ncomms12967）上发表的基于黑磷的生物可降解光热转换材料，用于实现高效安全的肿瘤光热治疗的研究进展。团队采用了乳化溶剂挥发法，制备了一种高分子聚合物(PLGA)包裹黑磷量子点(BPQDs)的核壳结构纳米球(BPQDs/PLGA)，所形成的聚合物壳层能将内部黑磷量子点与生理环境隔绝开，保证黑磷量子点在治疗过程中的性能稳定。光热治疗结束后，黑磷量子点又会随PLGA壳层的逐步降解得到缓释和降解，进而安全代谢出体外。实验表明，BPQDs/PLGA具有很好的生物安全性和肿瘤被动靶向性，并展现出很高的光热治疗效率，实施五分钟的近红外光照，即可有效的杀灭肿瘤。这种新型生物可降解光热转换材料的成功研发，可推动光热治疗技术的实际临床应用，并为今后纳米材料的生物医学应用提供指导和借鉴。

BPQDs/PLGA体内治疗及降解过程示意图

2016年10月深圳大学光电协同创新中心张晗教授与美国凯斯西储大学戴立明教授、湖南大学王双印教授等合作，成功开发出一种新型、简易的热蒸发法(Thermal-vaporization transition, TVT)，用于制备钛或碳纳米管支撑的黑磷材料，并首次发现了所制备材料在析氧反应 (Oxygen evolution reaction,OER) 中的电催化活性。相关研究成果发表在学术期刊《Angewandte Chemie International Edition》上(DOI: 10.1002/anie.201607393)。