中國科大開發富勒烯的新應用取得進展

10月9日，國際學術期刊《自然-通訊》（Nature Communications）在線發表了中國科學技術大學教授楊上峰課題組在富勒烯的新應用方面的研究成果，文章標題為Stabilizing black phosphorus nanosheets via edge-selective bonding of sacrificial C₆₀ molecules。該工作通過將富勒烯C₆₀選擇性地共價連接在黑磷納米片邊緣，利用富勒烯的高穩定性將其用作保護盾牌，顯著提高了黑磷納米片在水中的穩定性（Nat.Commun. 2018, 9, 4177）。

　　少層黑磷作為一種新型二維材料，具有帶隙隨層數可調、載流子遷移率高的特點，在能量轉換和存儲、催化、生物醫藥等領域有著重要的應用前景。然而，少層黑磷納米片很容易被氧化降解，其在空氣及水環境中穩定性差的問題嚴重制約了黑磷的應用。如何提高黑磷的穩定性是當前黑磷材料研究急需解決的問題。

　　基于以C₆₀為代表的富勒烯在水、氧氣和空氣環境下具有很高的穩定性的特點，該研究組在前期工作中發展的利用固相機械化學法（高能球磨法）制備少層黑磷納米片（Adv. Mater. 2017, 29, 1605776）的基礎上，通過在球磨塊體黑磷時加入C₆₀，成功地制備了一種新型黑磷-C₆₀雜化材料。通過與中國科大化學與材料科學學院教授季恒星、杜平武、陸亞林以及國家同步輻射實驗室教授閆文盛、韋世強等人合作，對該黑磷-C₆₀雜化材料進行了一系列的光譜和能譜表征，證明了C₆₀分子選擇性地共價連接在黑磷納米片邊緣。由于少層黑磷納米片更容易從邊緣被氧化降解，其邊緣連接了高穩定性的C₆₀分子后，C₆₀起著保護盾牌的作用，有效地抑制了少層黑磷納米片被氧化降解，從而其在水中的穩定性相對于未嫁接C₆₀的少層黑磷納米片提高了約4.6倍。此外，由于C₆₀具有強的接受電子的能力，形成黑磷-C₆₀雜化材料后可以發生黑磷到C₆₀的光誘導電子轉移，從而顯著提升了少層黑磷納米片的光電流響應和光催化活性。這一結果不僅為提高黑磷的穩定性提供了新的思路，而且對于開發富勒烯材料的新應用有著重要意義。

　　中國科大化學與材料科學學院已畢業博士生朱先軍為該論文的第一作者，楊上峰為唯一通訊作者。該項研究得到科技部、國家自然科學基金委和量子信息與量子科技前沿協同創新中心的資助。

　　近年來，該研究組致力于通過開發新型的富勒烯/二維納米材料雜化結構拓展富勒烯材料的新應用，最近受邀為德國Wiley旗下的國際學術期刊《先進科學》撰寫了題為Hybrids of Fullerenes and Two-Dimensional Nanomaterials 的綜述文章（Adv. Sci. 2018, DOI: 10.1002/advs.201800941）。

　　文章鏈接：1 2

中國科大開發富勒烯的新應用取得進展