黑磷的制备及储能应用研究进展

黑磷作为一种新型的精细磷化工产品,因其高的理论比容量、高的载流子迁移率及良好的导电性而在储能领域具有很好的应用前景。近年来,针对黑磷、纳米黑磷的制备及其储能应用,涌现出了许多新技术、新方法与新策略。在黑磷的制备方面,开发了加压法（高压法、机械球磨法）和催化法（铋熔化法、汞回流法、矿化法）制备技术,但仍未能实现黑磷的连续化制备;在纳米黑磷的制备方面,开发了自上而下法（机械剥离法、超声剥离法、剪切剥离法、电化学剥离法）和自下而上法（溶剂热法、化学气相沉积法）,然而,高质量、高产率纳米黑磷的精确可控制备技术还有待开发。此外,黑磷在应用于储能领域时,大的体积膨胀使得电池储能性能变差,通过纳米化并与其他材料复合制备纳米黑磷基复合材料,发挥协同作用,一定程度上能够缓解以上问题。从黑磷、纳米黑磷的制备及其在储能领域的应用三个方面进行综述,旨在为高品质黑磷及纳米黑磷的高效率、低成本、可控及规模化制备提供借鉴思路,为其在储能领域的发展方向奠定基础。     

黑磷基储钠负极材料的研究进展

钠离子电池被认为是商业化锂离子电池最有前景的替代品而受到了极大关注。然而,嵌入型碳基负极材料的固有低比容量导致相对低的能量密度,极大地限制了其未来的应用。研究新型电极材料是研制新一代钠离子电池的基础。目前磷资源丰富,理论比容量高,可用于电池负极材料。综述单一黑磷及黑磷基复合材料作为钠离子电池负极材料的最新研究成果,阐述近几年黑磷基复合材料作为负极在储钠领域的研究进展,分析复合材料的制备及结构形貌对电化学性能的影响等,并展望黑磷基储钠负极材料的未来发展方向。     

层状硫掺杂黑磷晶体的高频电磁性能

电子设备的增多使得吸波材料在军事和民用领域具有广泛的应用。当前研究的重点在于制备吸收强、频带宽、质量轻、厚度薄的新型吸波材料。利用高温高压成功合成黑磷(BP)和硫掺杂黑磷(BP-S)晶体,并使用液相剥离的方法制备BP和BP-S纳米片。高频电磁参数测量发现相较于BP,硫元素的掺杂使得BP-S复数介电常数和介电损耗正切值在频率1.0～16.5 GHz情况下明显提高。BP-S在9.6 GHz处最小反射损耗可达到–41.1 dB;当厚度在1.0～2.0 mm范围内变化时,小于–10 dB的反射损耗频率范围为7.0～16.1 GHz。BP-S的最小反射损耗频率点与材料厚度符合λ/4阻抗匹配模型。综上,层状硫掺杂黑磷作为高性能介电损耗吸波材料具有广阔的应用前景。     

黑磷-氧化石墨烯复合油基润滑添加剂的摩擦学性能研究

钛合金广泛应用于航空航天、海事、军事等领域,但其较差的摩擦学特性限制了它在精密零部件中的应用。因此,研究适用于钛合金高精密成形加工过程中的润滑添加剂是实现钛合金高效加工的关键。采用相转移法制备了氧化石墨烯和黑磷纳米片复合油基润滑添加剂,通过扫描电子显微镜、拉曼光谱仪和X射线衍射仪等对复合添加剂的形态、组成和物相结构进行了表征,利用UMT-5多功能摩擦磨损试验机评价了黑磷-氧化石墨烯纳米片作为液体石蜡基润滑添加剂在钛合金表面的摩擦学性能。实验结果表明,黑磷纳米片与氧化石墨烯的质量比为1∶4的复合润滑剂表现出最佳的综合摩擦学性能,综合测试分析证实,黑磷-氧化石墨烯复合润滑添加剂的优异摩擦学性能归因于吸附与摩擦化学反应的协同作用。该发现对开发用于钛合金制造和加工的新型润滑剂具有指导意义。     

二维纳米材料基电化学传感器在检测谷物及其制品中赭曲霉毒素A的应用进展

赭曲霉毒素A (ochratoxin A, OTA)是一种丝状真菌毒素,具有致畸、致癌、致突变等危害。它容易在谷物中存在,并通过食物链对人体造成危害。因此,开发快速、灵敏的OTA检测技术对于食品安全控制具有重要意义。电化学传感器具有灵敏度高、响应速度快和稳定性好等优点,因此在OTA的检测中得到广泛应用。此外,二维纳米材料具有较大的比表面积、良好的导电性和易于修饰等优点,可用于构建性能优异的电化学传感器。因此,本文综述了石墨烯(graphene, GR)、二硫化钼(molybdenum disulfide, MoS2)、黑磷(black phosphorus,BP)等二维纳米材料的特性、制备方法及其区别,重点阐述了二维纳米材料基电化学传感器在检测谷物及其制品中OTA的优势,以及复合材料中二维纳米材料的作用,为进一步拓展二维纳米材料基电化学传感器在谷物及其制品中OTA检测应用方面提供新思路。     

黑磷量子点的低温电化学辅助制备及稳定性研究

采用低温电化学阳极剥离黑磷的方法,剥离1h制备出黑磷量子点,并研究了其稳定性,最终提出剥离机理。采用透射电镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱等测试方法对黑磷量子点的微观形貌、晶体结构、光学性质和稳定性等进行表征。结果表明,黑磷量子点的平均直径为6.4±1.5 nm,尺寸较小;材料不含有其他杂质,纯度较高;其氧化程度很低,暴露于空气中仍具有良好的稳定性。此外,该方法耗时短且绿色环保,有利于促进纳米黑磷的制备及应用。     

基于低维材料的光电探测器的发展

为了更有效地抢占新型资源,各个国家都致力于航空、航天和海洋等空间的探索,以占据最大的优势位置。光电系统在资源占领过程中起决定性作用。针对其核心部件——光电探测器,介绍了量子点、石墨烯、过渡金属硫化物和黑磷等新型探测器材料的基本结构、特点以及发展现状,并就未来发展方向和应用领域进行了预测。     

黑磷烯尺寸对黑磷烯/羟基磷灰石混合物气敏性能的影响

采用水热法制备短棒状羟基磷灰石(HA),通过液相剥离法制备黑磷烯(black phosphorene,BP),并采用不同的离心速率分离出具有不同尺寸的BP。制备BP质量分数为7.0%的BP/HA混合物,用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜和拉曼光谱对混合物的物相组成、微观形貌和结构进行表征,同时使用气体传感系统研究纯HA以及含有不同尺寸BP的BP/HA混合物的气体传感特性。结果表明,加入BP可显著提高HA对氨气的响应,BP的尺寸越小,对HA气敏性能的提升越大。其中BP-10000/HA对浓度(气敏实验所用空气中氨气的体积分数)为100×10^-6的氨气的响应高达58.7%,当氨气浓度上升到1 000×10^-6后,响应高达98.3%。BP尺寸越小,气敏性能越好,可能是由于具有更大的比表面积,因而具备更多的活性位点。总之,BP可显著提升HA的气敏性能,BP/HA混合物是一种很有前途的室温气敏材料。     

二维黑磷纳米片的液相剥离和稳定性研究

黑磷是一种具有天然褶皱结构的直接带隙二维半导体材料,因其拥有诸多传统二维半导体材料不具备的优秀特性,故自 2014 年起倍受研究人员的青睐。在该研究中,首先,通过液相剥离方法成功制备了不同尺寸大小的二维黑磷纳米片;其次,用扫描电子显微镜、透射电子显微镜和原子力显微 镜对样品的尺寸、形貌、厚度进行系统表征,并对不同尺寸大小的二维黑磷的拉曼散射光谱进行了研究。由于黑磷在水中会逐渐反应生成磷酸或亚磷酸,所以黑磷在水氧环境中会逐渐分解。而黑磷的可降解性是它作为可降解生物医用材料的重要基础,故对不同尺寸的黑磷纳米片的降解特性进行了一系列的检测。研究不同尺寸黑磷纳米片水溶液的吸收光谱和 pH 值随时间变化过程发现,黑磷纳米片在前 3 天会迅速降解,之后其降解速率逐渐平稳;同时发现纳米片的尺寸越小,其降解速率越快。     

黑磷制备方法的研究进展

对黑磷的结构进行了简要的介绍,对黑磷制备的发展进程进行了综述,并分析讨论了各种制备方法的优缺点,最后对其制备进行了总结展望.