黑磷制备工艺研究进展

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0319

摘要/Abstract

摘要：

近年来，黑磷（BP）作为一种概念上全新的二维层状材料，由于其独特的结构及优秀的物化性质，如比表面积大、各向异性高、光吸收宽、载流子迁移率高等，在半导体、电化学、太阳能电池、光催化、阻燃、生物医学等领域有着良好的发展潜力。由于黑磷的高成本限制了其进一步发展和应用，研究黑磷制备工艺成为了当下热点。对黑磷制备工艺进行了系统的综述，首先介绍了黑磷的物化性质及应用领域；其次介绍了黑磷的制备方法，包括高压法、机械球磨法、溶剂热法、铋熔化法、汞回流法、化学气相传输法（CVT）等；着重介绍了CVT的优化过程及机理研究；最后总结归纳了不同制备工艺的优缺点，并展望了其未来发展方向。

关键词: 黑磷, 二维材料, 制备工艺, 化学气相传输法, 机理研究

Abstract:

In recent years，as a conceptually new two-dimensional layered material，black phosphorus（BP） has good development potential in semiconductor，electrochemistry，solar cells，photocatalysis，flame retardant，biomedicine and other fields owing to its unique structure and excellent physicochemical properties，such as large specific surface area，high anisotropy，wide light absorption，high carrier mobility.Due to the high cost of black phosphorus，further advancement and application of this material have been hindered，thereby making the research on its synthesis processes become a focus topic.The preparation processes of black phosphorus were reviewed.Firstly，the physicochemical properties of black phosphorus and its application fields were introduced.Subsequently，various synthesis methods were outlined，encompassing high-pressure methods，mechanical ball milling，solvothermal synthesis，bismuth melting process，mercury reflux method，and chemical vapor transport（CVT） method，etc.Particular emphasis was placed on the optimization procedures and mechanism related to CVT.The advantages and disadvantages of each preparation technique were summarized and the future development direction was prospected.

Key words: black phosphorus, two dimensional materials, preparation process, chemical vapor transfer method, mechanism research

中图分类号:

TQ126.3

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表1

参考文献 77

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汞催化法	以白磷为原料，引入金属汞作为催化剂，在高温（370~410 ℃）下制备黑磷	无需高压条件、制备成本低、能耗低	汞催化剂难以去除，且具有毒性，制备周期长（数天）
铋熔化法	以白磷为原料，将液态铋浇筑在白磷上，在高温下（400 ℃）制备黑磷	避免了有毒催化剂的使用、产品晶型好	制备工艺复杂、制备周期长（20~58 h）、产品含有杂质，纯度低
机械球磨法	以红磷为原料，利用机械能制备黑磷	工艺操作简单、无副产物产生、无需加入催化剂或溶剂、制备周期短（1~2 h）、易于工业化生产	黑磷产品尺寸小、晶型差、产品含有红磷杂质、纯度低
化学气相传输法	以红磷为原料，固体红磷和矿化剂（Sn、I₂、SnI₂、SnI₄等）在高温区升华，然后以结晶的形式于低温区结晶成黑磷	反应工艺简单、成本低、能耗低、工艺技术较为成熟、晶型好	反应机理不明确、制备周期长（10 h~数天）、产品含有矿化剂等杂质、纯度低

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