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新型储能与能量转换纳米材料研究中心在新型二维材料紫磷及紫磷烯研究领域取得重大进展
2019-11-13  

石墨烯的发现引发了二维材料的研究热潮,并获得诺贝尔物理奖。二维磷烯由于弥补了石墨烯没有带隙这一天然缺陷,且具有高的电荷迁移率,使磷二维材料重新成为研究热点。类似于碳,磷也具有复杂的相图结构,存在多种同素异形体。我们熟悉的在空气中会自燃产生磷光的白磷是磷的最活泼的一种同素异形体,而黑磷一直以来被认为是磷的最稳定的同素异形体。紫磷或者HIttorf磷(1985年hittorf提出)是磷的另一种层状的同素异形体,Thurn和Krebs在1969年给出了紫磷的晶体结构。但是至今都没有可靠的实验数据确定紫磷的合成及其晶体结构,所有的理论研究都以Thurn和Krebs给出的结构为基础进行计算。甚至很多研究者认为紫磷可能只是一种中间结构,根本无法合成出来。

电力设备电气绝缘国家重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心在实验室合成了宏观尺寸的紫磷单晶,并在实验上确定了紫磷的晶体结构为单斜P2/n(a=9.210, b=9.128, c=21.893 Å, β=97.776°),单个晶胞有84个原子,同时通过声子谱证明了Thurn和Krebs给出的结构的不合理性。同时发现紫磷结构才是最稳定的磷的同素异形体,其分解温度达到512℃以上,比黑磷高出52℃。并首次通过机械剥离和液体剥离得到紫磷烯。相关成果以“Structure and Properties of Violet Phosphorus and its Phosphorene Exfoliation”为题发表在化学领域权威期刊Angewandte Chemie International Edition上(影响因子12.257,https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201912761)。该工作由电力设备电气绝缘国家重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心单独完成,博士生张丽辉为第一作者,通讯作者为张锦英副教授。

新型储能与能量转换纳米材料研究中心(http://cne.xjtu.edu.cn)面向未来能源和电力可持续发展,围绕储能和能量转换科学技术发展的核心问题–材料开展研究。我们欢迎对该材料感兴趣的专家提供建议和可能合作机会。

图文:新型储能与能量转换纳米材料研究中心