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西安交通大學張錦英課題組--紫磷的結構和性能以及紫磷烯的剝離

黑磷烯作為一種半導體二維材料備受關注。紫磷是另一種層狀半導體磷同素異形體,它具有獨特的電子和光電特性。但是由于至今都沒有可靠的實驗數據確定紫磷的合成及其晶體結構,導致紫磷和紫磷烯的進一步探索遭受限制。這里,合成制備了宏觀尺寸的紫磷單晶,并在實驗上確定了紫磷的晶體結構為單斜P 2/na=9.210, b=9.128, c=21.893 Å, β=97.776°)。所獲得的晶格結構已確認是可靠且穩定的。測試了紫磷的光學帶隙約為1.7 eV,與理論計算結果一致。紫磷的熱解溫度達到512℃以上,比黑磷高出52℃,這表明紫磷是最穩定的磷同素異形體。此外,通過機械剝離和溶液剝離兩種方法都可以很容易獲得紫磷烯

Figure 1. a)紫磷的不對稱單元, (b)紫磷的層狀結構, (c)紫磷單晶的光學圖像,(d1969年報道和(e)該工作合成的紫磷在布里淵區的聲子色散曲線。      
 

    

Figure 2. a)一塊紫磷晶體和(b)機械破碎后紫磷的SEM圖像, (c)紫磷晶體的EDS光譜(插圖為放大譜圖,黃色箭頭顯示I的位置,藍色箭頭表示Sn的位置),(d)紫磷單晶的拉曼光譜(激發波長為633 nm), (e)破碎紫磷晶體的XRD圖。
 

Figure 3. a紫磷和(b)紫磷烯的電子結構,(c)破碎紫磷晶體的漫反射光譜,(d)紫磷和黑磷的TGA曲線。
 

Figure 4. a紫磷烯納米帶SEM圖和TEM圖,(b)剝離紫磷烯納米帶的SEM圖,(c)大量磷納米帶的CS-矯正HRTEM,d[001]方向相應的 SAED圖,(e)磷烯納米帶傾斜端CS-矯正HRTEM
 

Figure 5.a機械剝離和(b)液相剝離獲得的紫磷烯納米帶的AFM圖,(c)剝離的紫磷烯納米帶的高度情況。

該研究工作由西安交通大學張錦英課題組(第一作者為博士生張麗輝)于2019發表在Angewandte Chemie International Edition國際頂級期刊上。原文Structure and Properties of Violet Phosphorus and its Phosphorene Exfoliationhttp://dx.doi.org/10.1002/ange.201912761

 
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