中科院破黑磷穩(wěn)定性難題 石墨烯替代概念望騰飛
據(jù)中國科學院消息,近日,中國科學院深圳先進技術研究院喻學鋒、王懷雨研發(fā)團隊在二維材料領域取得新突破,制備出高穩(wěn)定性黑磷。有業(yè)內(nèi)人士預計,黑磷有望借此技術向半導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,限制了它在半導體工業(yè)和光學器件等領域的應用。2014年,與石墨烯一樣擁有二維層狀結構的黑磷,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注。
黑磷的光學性能同其它半導體相比也有巨大優(yōu)勢,它的半導體帶隙是直接帶隙,即導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,構筑新一代光電器件。此外,黑磷還具有獨特的力學、電學和熱學的各向異性。盡管黑磷已在多個領域展現(xiàn)出巨大的應用潛力,它卻存在著一個致命缺陷:缺乏穩(wěn)定性。當接觸水和氧氣時,黑磷層片會在極短時間內(nèi)氧化進而降解掉。這一缺陷極大地限制了黑磷的研究和工業(yè)應用。
為解決黑磷的這一“阿喀琉斯之踵”,喻學鋒、王懷雨研發(fā)團隊創(chuàng)造性地提出用配位化學的方法來提高黑磷的穩(wěn)定性。研發(fā)團隊設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吸電子效應,該配體可與黑磷的孤對電子對進行配位,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。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95%的潮濕空氣中放置數(shù)日,而保持光學性能穩(wěn)定。該修飾技術簡單有效,在不改變黑磷晶體結構的前提下,就能極大提高它的穩(wěn)定性。該研發(fā)團隊已經(jīng)在黑磷研發(fā)領域申請PCT專利1項、國家發(fā)明專利3項,并在積極推進相關技術的產(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域的工業(yè)應用,還將極大促進其在能源、催化、生物醫(yī)學等領域的深入研究。黑磷有望借此技術向半導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(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年公司收購了遠安吉星化工45%的股權和堯治河橋溝礦業(yè)50%的股權,與斯帕爾化學簽署了楓葉化工少數(shù)股權收購意向協(xié)議,進一步增加公司磷礦資源權益。磷資源應用領域的突破,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)利用工程技術中心,形成了具有協(xié)同效應的研究開發(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,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、工程材料等領域開展共性關鍵課題研究,共承擔國家、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)營提供了技術支持。
六國化工(600470)是華東地區(qū)規(guī)模最大的磷復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地,具備“酸肥結合”、“礦肥結合”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)采礦許可證設計年產(chǎn)磷礦原礦56萬噸。
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