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黑磷（Black Phosphorus）是一種新型的二維材料，相對于其他二維材料，黑磷的載流子遷移率更高，能夠?qū)崿F(xiàn)更快速的電子傳輸，從而在高速電子器件中展現(xiàn)出巨大潛力。此外，黑磷具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性以及良好的光熱效應(yīng)，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域優(yōu)勢逐漸凸顯。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，黑磷作為一種在鉀離子電池中具有高理論容量的有前景的負(fù)極材料正嶄露頭角。

本期小豐整理了近期黑磷在光電探測器、骨修復(fù)和鉀離子電池領(lǐng)域的研究進(jìn)展，一起看下吧~

Advanced Functional Materials

黑磷實(shí)現(xiàn)新型室溫中紅外光電探測器高性能突破

黑磷作為一種層狀材料，具有厚度可調(diào)的帶隙（0.3至2.0eV）和各向異性的光吸收特性，使其在中紅外和近紅外區(qū)域表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。然而，純黑磷基探測器的性能仍然受到吸收率和量子效率的限制，尤其是在零偏壓下的中紅外探測中表現(xiàn)不佳。

2025年2月20日，Advanced Functional Materials報道研究人員成功設(shè)計并制造了一種垂直黑磷肖特基光電二極管，能夠在室溫下實(shí)現(xiàn)高效的中紅外光探測。

該器件的核心結(jié)構(gòu)由一層約200nm厚的黑磷納米片夾在頂部幾層石墨烯（FLG）和底部銀（Ag）薄膜之間組成。這種設(shè)計不僅減少了串聯(lián)電阻，還通過諧振腔實(shí)現(xiàn)了近完美的光吸收。實(shí)驗(yàn)表明，200nm厚的黑磷納米片在3.7μm波長下的吸收率高達(dá)98%。

此外，通過肖特基接觸和歐姆接觸的設(shè)計，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步提高了光生載流子的分離和收集效率。肖特基接觸在銀-黑磷界面處形成了內(nèi)置電場，促進(jìn)了電子和空穴的有效分離，而石墨烯電極的歐姆接觸則確保了載流子的高效收集。

該黑磷肖特基光電二極管在室溫下表現(xiàn)出極高的靈敏度，峰值響應(yīng)度達(dá)到1.23A/W，探測率高達(dá)2.2×109cm Hz1/2W-1。在3.6μm波長下，器件的外部量子效率（EQE）達(dá)到了42%，內(nèi)部量子效率（IQE）更是高達(dá)52%。這些性能指標(biāo)在基于二維材料的零偏壓中紅外探測器中處于領(lǐng)先水平。

這一突破性成果不僅解決了傳統(tǒng)紅外探測器需低溫操作的難題，還顯著提升了量子效率，為紅外探測技術(shù)在醫(yī)療成像、通信、安防等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用鋪平了道路。

文獻(xiàn)名稱：Vertical Black Phosphorus Photodiodes with High Quantum Efficiency for Mid-Infrared Detection at Room Temperature

Advanced Healthcare Materials

用于骨缺損修復(fù)的改良黑磷納米復(fù)合水凝膠

骨組織工程正在成為移植物等傳統(tǒng)療法的有前途的替代品。納米生物材料通過促進(jìn)細(xì)胞分化來增強(qiáng)成骨細(xì)胞對惡劣環(huán)境的抵抗力。其中黑磷作為生物醫(yī)學(xué)中的一種新型2D材料，具有獨(dú)特的成骨和抗菌特性。然而，BP納米片仍然面臨如快速降解和高劑量細(xì)胞毒性的臨床應(yīng)用局限性。為了解決這些問題，

2025年1月2日，期刊Advanced Healthcare Materials報道研究人員通過共組裝方法構(gòu)建了由SiPc-NH2固定的BP納米片組成的復(fù)合水凝膠，獲得了很好的成骨和抗菌效果。

在該項(xiàng)工作中，研究人員利用BP和SiPc-NH2的逐步共組裝成功設(shè)計了自修復(fù)水凝膠。SiPc-NH2作為BP納米片的“結(jié)構(gòu)穩(wěn)定劑”，減少了BP納米片的氧化降解，增強(qiáng)了其分散性，在高濃度下仍能保持良好的生物相容性，并增強(qiáng)了光熱轉(zhuǎn)化，此外 ，SiPc-NH2減少了黑磷表面的負(fù)電荷，促進(jìn)了與帶負(fù)電荷細(xì)菌的相互作用，提升了抗菌效果，從而協(xié)同保證了成骨和抗菌性能。

進(jìn)一步的研究結(jié)果表明，復(fù)合水凝膠顯著促進(jìn)了成骨分化和骨再生。通過調(diào)節(jié)Hippo和Wnt信號通路之間的串?dāng)_，BP-SiPc-NH2影響了線粒體穩(wěn)態(tài)和分化，從而促進(jìn)了成骨過程。

該項(xiàng)工作展示了一種基于線粒體形態(tài)的BP-SiPc-NH2策略在骨修復(fù)應(yīng)用中前景廣闊。

文獻(xiàn)名稱：Improved Black Phosphorus Nanocomposite Hydrogel for Bone Defect Repairing: Mechanisms for Advancing Osteogenesis

Nano Energy

為高能量和快速充電的鉀離子電池定制黑磷納米結(jié)構(gòu)

黑磷作為一種二維層狀材料，由于其相對較大的層間間距和較高的電導(dǎo)率，在可充電鉀離子電池（PIBs）中受到了廣泛的關(guān)注。然而，低電壓和有限的可逆容量、高的脫溶劑化勢壘以及電解質(zhì)，固體電解質(zhì)界面（SEI）和負(fù)極中較差的離子傳輸動力學(xué)嚴(yán)重影響了BP負(fù)極的實(shí)際商業(yè)可行性。

2024年12月6日，期刊Nano Energy報道研究者通過優(yōu)化黑磷的結(jié)構(gòu)/組成或界面性能有望解決這個問題。在該項(xiàng)工作中，研究人員首先提出了精確定制的吸附閥控制器和定向面暴露的協(xié)同耦合策略，從垂直吸附和（040）面選擇性吸附的有利削弱中精確制備薄BP基納米結(jié)構(gòu)。

然后，將這種薄BP納米結(jié)構(gòu)封裝到中空的NBC基質(zhì)中，并進(jìn)一步用柔性CA分子進(jìn)行修飾，從而產(chǎn)生具有高空氣穩(wěn)定性的多孔CoNBC@BP@CA。由于拓寬了電化學(xué)窗口，加速了電解質(zhì)/界面/負(fù)極級聯(lián)中的K+輸運(yùn)動力學(xué)，并且由于良好的自旋軌道耦合效應(yīng)加快了反應(yīng)動力學(xué)，該材料具有高能量密度和優(yōu)異的倍率性能。

此外，優(yōu)化后的界面性能抑制了不良副反應(yīng)，循環(huán)500次后容量保持率達(dá)到70.1%。在48.06Wkg-1的功率密度下，整個裝置顯示出230Whkg-1的高能量密度，以及40倍的電流沖擊下61.6%的高容量保持率，和-50℃的低溫適應(yīng)性。

這驗(yàn)證了協(xié)同化學(xué)/電化學(xué)設(shè)計方案的實(shí)際應(yīng)用潛力，薄BP納米結(jié)構(gòu)的負(fù)極可以同時實(shí)現(xiàn)具有高能量以及快速充電的穩(wěn)定的PIBs。

文章名稱：Tailoring black phosphorus nanostructures for high-energy and fast-charging potassium ion batteries: A chemicophysical/electrochemical design strategy

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