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黑磷（Black Phosphorus）是一種新型的二維材料,，相對(duì)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(shì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)中表現(xiàn)不佳。

2025年2月20日,，Advanced Functional Materials報(bào)道研究人員成功設(shè)計(jì)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(cè)。

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(jì)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(jì),，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(cè)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(cè)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(cè)器需低溫操作的難題,，還顯著提升了量子效率,，為紅外探測(cè)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(duì)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(bào)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(jì)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(hào)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(duì)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(shì)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(dòng)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(bào)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(gè)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(jí)聯(lián)中的K+輸運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)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(jì)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(shí)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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