由于其独特的物理化学性质(可调节的能带结构,高的载流子迁移率,面内各向异性),二维磷烯已经成为近年来科学研究的热点之一。然而,由于其能和氧气及水发生反应,二维磷烯在大气环境下不能长期稳定存在。以前文献中报道过的提高稳定性的方法包括三氧化二铝包裹法,硼氮封装法等。通过引入不同的官能集团,化学修饰法可以显著提高二维磷烯在大气环境下以及溶剂中的稳定性。瑞典查尔姆斯理工大学张小岩课题组最近综述了二维磷烯的不同化学修饰方法:共价修饰法(包括自由基加成,氮宾加成,亲核取代以及金属配位)和非共价修饰法(静电作用,范德华力以及阳离子-π相互作用)。
图1. 通过共价和非共价方法修饰二维磷烯。
在这篇综述当中,作者还简要讨论了二维磷烯的制备方法(自下而上和自上而下),相应的表征方法(光谱法和显微表征法)以及相关应用(能源存储,晶体管器件,复合材料以及光催化)。
图2.边缘修饰的二维磷烯,基于二维磷烯的异质结构以及三维结构。
最后,作者展望了这个领域所面临的机遇和挑战:
(1)发展新的化学修饰方法进一步提高二维磷烯在固态和溶液中的长期稳定性
(2)提高化学修饰的选择性(实现定点或特定区域修饰)
(3)发展新的基于二维磷烯的结构(异质结构或三维结构)
(4)深入研究功能基团与二维磷烯之间的相互作用(如电荷转移过程)
(5)如何准确确定二维磷烯上共价修饰基团的化学结构(高分辨显微技术,核磁和质谱技术,以及理论计算)
Recent Advances in Chemical Functionalization of 2D Black Phosphorous Nanosheets, Shameel Thurakkal and Xiaoyan Zhang*, Advanced Science, 2019, 1902359.
https://doi.org/10.1002/advs.201902359