中科院破黑磷穩(wěn)定性難題 石墨烯替代概念望騰飛

據(jù)中國科學(xué)院消息，近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院喻學(xué)鋒、王懷雨研發(fā)團(tuán)隊在二維材料領(lǐng)域取得新突破，制備出高穩(wěn)定性黑磷。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)計，黑磷有望借此技術(shù)向半導(dǎo)體材料邁出重要一步，取代石墨烯也并非沒有可能。

作為二維材料的典型代表，石墨烯的研發(fā)榮獲了2010年諾貝爾物理學(xué)獎，并掀起了人們研究二維材料的熱潮。然而，由于石墨稀本身沒有帶隙，限制了它在半導(dǎo)體工業(yè)和光學(xué)器件等領(lǐng)域的應(yīng)用。2014年，與石墨烯一樣擁有二維層狀結(jié)構(gòu)的黑磷，被視為新的超級材料，剛一出現(xiàn)就引起了全世界的廣泛關(guān)注。

黑磷的光學(xué)性能同其它半導(dǎo)體相比也有巨大優(yōu)勢，它的半導(dǎo)體帶隙是直接帶隙，即導(dǎo)帶底部和價帶頂部在同一位置，這意味著黑磷可以和光直接耦合，構(gòu)筑新一代光電器件。此外，黑磷還具有獨特的力學(xué)、電學(xué)和熱學(xué)的各向異性。盡管黑磷已在多個領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力，它卻存在著一個致命缺陷：缺乏穩(wěn)定性。當(dāng)接觸水和氧氣時，黑磷層片會在極短時間內(nèi)氧化進(jìn)而降解掉。這一缺陷極大地限制了黑磷的研究和工業(yè)應(yīng)用。

為解決黑磷的這一“阿喀琉斯之踵”，喻學(xué)鋒、王懷雨研發(fā)團(tuán)隊創(chuàng)造性地提出用配位化學(xué)的方法來提高黑磷的穩(wěn)定性。研發(fā)團(tuán)隊設(shè)計了一種鈦的苯磺酸酯配體，利用鈦原子的空軌道和苯磺酸酯的強(qiáng)吸電子效應(yīng)，該配體可與黑磷的孤對電子對進(jìn)行配位，從而占據(jù)孤對電子，這樣磷原子就無法再與氧氣發(fā)生反應(yīng)。對比實驗表明：與未經(jīng)修飾的黑磷會迅速降解不同，鈦配體修飾的黑磷能在水中和濕度高達(dá)95%的潮濕空氣中放置數(shù)日，而保持光學(xué)性能穩(wěn)定。該修飾技術(shù)簡單有效，在不改變黑磷晶體結(jié)構(gòu)的前提下，就能極大提高它的穩(wěn)定性。該研發(fā)團(tuán)隊已經(jīng)在黑磷研發(fā)領(lǐng)域申請PCT專利1項、國家發(fā)明專利3項，并在積極推進(jìn)相關(guān)技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。

業(yè)內(nèi)人士指出，這種高穩(wěn)定性黑磷的成功制備，無疑可有效推動黑磷在光電器件等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，還將極大促進(jìn)其在能源、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的深入研究。黑磷有望借此技術(shù)向半導(dǎo)體材料邁出重要一步，取代石墨烯也并非沒有可能。黑磷有望成為新的熱門半導(dǎo)體材料，A股市場上從事磷化工的企業(yè)在生產(chǎn)黑磷上具備先發(fā)優(yōu)勢，有望從中受益。

興發(fā)集團(tuán)（600141）是國內(nèi)最大的磷礦資源企業(yè)之一，目前公司磷礦石儲量約2億噸左右，同時還有部分礦山處于探礦階段。2015年，公司磷礦石生產(chǎn)量高達(dá)643.18萬噸。公司地處湖北省宜昌市，宜昌市是我國磷礦富集帶，是全國五大磷礦基地之一，資源儲量位居全國第二。2015年公司收購了遠(yuǎn)安吉星化工45%的股權(quán)和堯治河橋溝礦業(yè)50%的股權(quán)，與斯帕爾化學(xué)簽署了楓葉化工少數(shù)股權(quán)收購意向協(xié)議，進(jìn)一步增加公司磷礦資源權(quán)益。磷資源應(yīng)用領(lǐng)域的突破，為公司增添了巨大想象空間。

云天化（600096）是我國最大的磷礦采選企業(yè)，公司預(yù)計2016年生產(chǎn)磷礦930萬噸。公司擁有國家磷資源開發(fā)利用工程技術(shù)中心，形成了具有協(xié)同效應(yīng)的研究開發(fā)體系。公司在磷礦采選、磷酸、磷酸二銨等方面擁有大型化國產(chǎn)化生產(chǎn)技術(shù)，具有豐富的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗。2015年公司重點圍繞磷礦采選、新型化肥及磷化工、工程材料等領(lǐng)域開展共性關(guān)鍵課題研究，共承擔(dān)國家、省級科技計劃項目7項，為公司可持續(xù)發(fā)展和生產(chǎn)經(jīng)營提供了技術(shù)支持。

六國化工（600470）是華東地區(qū)規(guī)模最大的磷復(fù)肥和磷化工一體化專業(yè)制造企業(yè)。公司主要生產(chǎn)基地坐落于長江沿線，直通湖北宜昌磷礦供應(yīng)地，具備“酸肥結(jié)合”、“礦肥結(jié)合”的生產(chǎn)要素稟賦優(yōu)勢。公司參股的宜昌明珠磷化工業(yè)有限公司，地處中國磷產(chǎn)區(qū)三大中心之一，很早就已發(fā)展成為年產(chǎn)磷礦石35萬噸，年生產(chǎn)礦粉8萬噸，12萬噸礦加工能力的規(guī)模型自營出口企業(yè)。母公司旗下的宿松六國礦業(yè)擁有豐富的磷礦資源，其北沖礦區(qū)采礦許可證設(shè)計年產(chǎn)磷礦原礦56萬噸。