近(jin)日(ri)，中(zhong)國科學院(yuan)深(shen)圳(zhen)先進技術研(yan)(yan)究(jiu)院(yuan)喻(yu)學鋒研(yan)(yan)究(jiu)員團隊(dui)與深(shen)圳(zhen)大學教授張晗、武漢大學教授廖(liao)蕾團隊(dui)合作，在二維黑磷(lin)領域取得新進展(zhan)，通過金屬離(li)子修飾的(de)方法(fa)制備出高(gao)穩(wen)定性高(gao)性能黑磷(lin)晶體管(guan)。相(xiang)關成果(guo)發(fa)表于材料(liao)學領域刊物《先進材料(liao)》上。論文第一作者是博士郭志男，第一單位是中(zhong)科院(yuan)深(shen)圳(zhen)先進院(yuan)。

      近(jin)年來，與石墨烯一(yi)樣擁(yong)(yong)有二維(wei)層狀(zhuang)結構的(de)(de)(de)黑磷(lin)(lin)展現出卓越的(de)(de)(de)電學(xue)(xue)和光學(xue)(xue)特性(xing)，被(bei)視為(wei)新的(de)(de)(de)超級材料(liao)，其在(zai)晶體管、光電器件、催化(hua)和生物醫學(xue)(xue)領(ling)域(yu)擁(yong)(yong)有巨大應(ying)用潛力(li)。然(ran)而(er)，黑磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)不穩(wen)定性(xing)限制(zhi)了其在(zai)很多(duo)領(ling)域(yu)深入的(de)(de)(de)研究和應(ying)用。為(wei)解決(jue)黑磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)這一(yi)難題，喻學(xue)(xue)鋒團(tuan)隊曾先后基于配位(wei)化(hua)學(xue)(xue)和共價(jia)化(hua)學(xue)(xue)原(yuan)理(li)，有效提(ti)高(gao)了黑磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)穩(wen)定性(xing)。然(ran)而(er)，如何在(zai)增強穩(wen)定性(xing)的(de)(de)(de)同時，保(bao)持甚至提(ti)高(gao)黑磷(lin)(lin)的(de)(de)(de)電學(xue)(xue)性(xing)能是當前該領(ling)域(yu)所面臨的(de)(de)(de)一(yi)個關鍵(jian)難題。

      在(zai)本(ben)(ben)項研究中，研究團隊發(fa)明了一(yi)(yi)種金(jin)(jin)屬離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)修飾(shi)(shi)黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)的(de)(de)方(fang)法，通過陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)-π相(xiang)互(hu)作用，在(zai)溶劑(ji)中自(zi)由分(fen)散的(de)(de)金(jin)(jin)屬陽離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)(如銀離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi))可以自(zi)發(fa)的(de)(de)吸附到黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)的(de)(de)表(biao)面(mian)，鈍化黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)中磷(lin)(lin)原子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)孤對電子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)，進(jin)(jin)而極大提高(gao)了黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)片層的(de)(de)穩(wen)定性。與此同時，金(jin)(jin)屬離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)的(de)(de)修飾(shi)(shi)過程相(xiang)當(dang)于(yu)(yu)在(zai)黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)中引入了更多的(de)(de)空穴，可調(diao)控本(ben)(ben)來(lai)雙極性偏p型(xing)的(de)(de)黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)的(de)(de)半導體特(te)性，其空穴傳導側的(de)(de)輸運性質得到進(jin)(jin)一(yi)(yi)步提升。如銀離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)修飾(shi)(shi)后，黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)的(de)(de)載流子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)遷移率提高(gao)了一(yi)(yi)倍，開關比(bi)提高(gao)兩個(ge)數量(liang)級。由于(yu)(yu)金(jin)(jin)屬離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)和黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)之間是一(yi)(yi)種較弱(ruo)的(de)(de)超分(fen)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)相(xiang)互(hu)作用，金(jin)(jin)屬離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)對黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)的(de)(de)修飾(shi)(shi)過程較之前開發(fa)的(de)(de)化學(xue)方(fang)法更加(jia)可控，而且普(pu)適性更高(gao)，除銀離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)外，鎂離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、鐵(tie)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)、汞(gong)離(li)(li)(li)(li)子(zi)(zi)(zi)(zi)(zi)都(dou)可以實現對黑(hei)(hei)(hei)(hei)(hei)磷(lin)(lin)穩(wen)定性的(de)(de)增強和半導體特(te)性的(de)(de)調(diao)控。

      這種技術為制備高穩定性(xing)、高性(xing)能黑磷(lin)晶(jing)體管提供了一種簡單有效的新(xin)方法，并可極大拓(tuo)展黑磷(lin)在各種電子和光電器件領(ling)域的應(ying)用。

      本(ben)項工作得到了國家自然科(ke)學基金、中科(ke)院前沿科(ke)學研究重點計劃、深圳市孔雀團隊、深圳市基礎研究布局等項目的資助(zhu)。