【摘 要】
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纳米黑磷因其优异的光电子效应、高载流子迁移率、可调节直接带隙等性能在催化、储能、场效应晶体管等领域展现出好的应用前景。然而,纳米黑磷的应用受限于其制备方法。并且,纳米黑磷的应用性能及领域与其结构形貌密切相关。此外,由于纳米黑磷在空气和水中的稳定性较差,一定程度上影响了其在应用时的性能。因此,开发新型纳米黑磷的制备方法,并提升其稳定性,不仅可以拓宽纳米黑磷的应用领域,还可提升其应用性能。本文围绕新型
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纳米黑磷因其优异的光电子效应、高载流子迁移率、可调节直接带隙等性能在催化、储能、场效应晶体管等领域展现出好的应用前景。然而,纳米黑磷的应用受限于其制备方法。并且,纳米黑磷的应用性能及领域与其结构形貌密切相关。此外,由于纳米黑磷在空气和水中的稳定性较差,一定程度上影响了其在应用时的性能。因此,开发新型纳米黑磷的制备方法,并提升其稳定性,不仅可以拓宽纳米黑磷的应用领域,还可提升其应用性能。本文围绕新型纳米黑磷的电化学辅助制备及其稳定性研究开展工作,开发出黑磷纳米带和多孔黑磷烯两种新型纳米黑磷的制备方法,并通过电化学掺杂金属Zn提高了多孔黑磷烯的稳定性,具体研究工作如下:(1)开发了一种电化学辅助制备新型纳米黑磷—黑磷纳米带的方法,并研究了不同放电比容量对纳米黑磷形貌的影响。通过TEM、XPS、Raman、UV-vis对纳米黑磷进行表征分析,结果表明放电比容量为350 m Ah/g时,可制备得到长约202~737 nm,宽约7.9~13.2 nm的黑磷纳米带,而且其具有不同于普通黑磷烯的光学吸收性能。(2)开发了一种低温电化学辅助制备新型纳米黑磷—多孔黑磷烯的方法,并研究了温度和电压对电化学剥离的影响。结果表明电压相同时,温度为0℃可得到黑磷纳米片,-5℃可生成多孔黑磷烯。通过AFM、TEM、XPS、Raman和UVvis对多孔黑磷烯进行表征,结果表明多孔黑磷烯的横向尺寸约为0.3~1.4μm,高度小于2 nm,孔尺寸为20~170 nm。并且,随着电压升高,多孔黑磷烯的孔径变大、横向尺寸变小、厚度变薄。此外,多孔黑磷烯的孔尺寸不同,光学吸收性能亦不同。(3)针对新型纳米黑磷—多孔黑磷烯在空气和水中不稳定的问题,设计对比实验,探索了多段电位和不同方波电位下制备的Zn掺杂纳米黑磷的结构、形貌及稳定性。结果表明方波电位下限为-0.3 V,上限为3V,每段电压施加时间为5min,循环12次时,可制备出Zn掺杂多孔黑磷烯。通过TEM、AFM、XRF、XPS、拉曼和UV-vis吸收光谱等对Zn掺杂多孔黑磷烯进行表征,结果表明Zn掺杂多孔黑磷烯横向尺寸约为2μm,高度小于1.6 nm,孔尺寸为几到几十纳米。并且,Zn元素分布均匀,Zn掺杂后的多孔黑磷烯在空气和水中具有较好的稳定性。
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