保护基化学即官能团保护化学,在反应过程中,具有高反应活性的官能团需要被“保护”起来;在需要其参与反应的时候,再脱去保护释放出官能团。保护基化学已经成为现代合成化学的重要组成部分。而对于高活性无机纳米材料,这种策略同样具有重要的意义,尤其是对黑磷（BP）纳米片。黑磷是继石墨烯之后最重要的二维（2D）纳米材料之一。由于其可调节的带隙、合适的载流子迁移率和开/关比、以及优异的生物相容性已引起人们的广泛关注。这些优异的性能赋予了黑磷在光电领域和生物医学领域极大的应用潜力。然而,黑磷因高的反应活性,在氧气/水环境条件下会快速降解,从而限制了它的实际应用。到目前为止,也报导了一些策略用于降低黑磷的反应活性。然而从实际应用角度考虑,理想的情况是黑磷在存储和运输过程中,应是惰性和稳定的,而在需要功能化时应具有高的反应活性,易于实现多功能化。在完成使命被废弃之后,应具有高的反应活性,实现快速降解而避免污染环境。本论文借鉴有机化学中的保护基策略,实现对黑磷反应活性的有效调节:在保护阶段,采用缺电子的金属离子与黑磷表面的磷原子相互作用,降低黑磷表面的磷原子的电子云密度,从而降低黑磷的反应活性;再通过金属-硫键在黑磷表面组装致密的疏水小分子层,进一步隔绝周围环境的氧气和水,达到稳定黑磷的目的。在脱保护阶段,采用具有强配位能力的分子与金属离子配位,移除黑磷表面的金属离子和疏水小分子,重新裸露黑磷表面,恢复其化学活性。主要研究内容如下:1.保护黑磷提高稳定性:以黑磷为研究对象,分别研究贵金属离子（Au3+、Ag+、Pd2+）、重金属离子（Cu2+、Zn2+、Ni+、Co2+、Mn2+、Fe2+、Sn4+）、以及轻金属离子（Na+、K+、Mg2+、Ca2+、A13+、Ti4+）与黑磷的相互作用,探索提高黑磷稳定性能力。研究结果表明,贵金属离子与黑磷之间强的相互作用会加速其降解。相对于Ti4+、Sn4+、A13+,其余重金属和轻金属离子与黑磷之间弱的相互作用对其稳定性提高不明显。此外,Ti4+和Sn4+又极易水解,也不适用于保护黑磷。因此,降低黑磷反应活性的最合适的金属离子是A13+离子。并在黑磷表面的A13+离子上组装致密的疏水性有机分子,隔离水和氧气,进一步提高黑磷的稳定性。分别考察了带羧基、羟基、氨基和巯基的有机分子在黑磷表面的组装行为和提高黑磷稳定性效果。结果表明,相对于其它官能团（例如羧基、羟基和氨基）,巯基官能团更适合在BP/A13+表面形成疏水的自组装层,进一步提高了黑磷的稳定性。2.保护机理研究:以黑磷/铝离子/邻苯二硫醇复合物（BP/A13+/BDT）为代表,详细考察了其形貌、结构和稳定性。与黑磷的快速降解相比,BP/A13+/BDT可以在高湿度有氧环境下稳定存在60天,在一些较苛刻的氧化条件下甚至都可以稳定。分析BP/A13+/BDT的XPS数据,发现磷的精细谱向高的电子结合能方向移动,表明修饰后的黑磷表面磷原子的电子密度降低。DFT计算也进一步证实黑磷表面磷原子的电子密度降低和A13+离子周围的电子密度升高。这可解释为具有空的价轨道A13+与黑磷表面具有孤对电子的磷原子轨道重叠,导致黑磷表面磷原子的孤对电子的部分电子转移至A13+,从而降低了表面磷原子的电子密度,使反应活性降低。同时由于黑磷的二维结构,有利于整个二维平面上的磷和A13+实现充分的偶合,这种二维偶合效应有助于降低黑磷表面磷原子的电子云密度,从而提高黑磷的稳定性。其次,在黑磷表面组装的致密有机小分子层能有效地隔绝周围环境的氧气/水,降低水和氧分子与黑磷表面磷原子接触的机会,进一步防止黑磷的降解,提高其稳定性。3.黑磷的脱保护:为了恢复黑磷的活性,采用与A13+离子具有强配位能力的配体分子,从黑磷表面竞争性夺走A13+形成稳定的配合物,脱掉A13+和组装的小分子层后,黑磷的表面得到恢复。乙二胺四乙酸四钠（EDTA-4Na）是常用的金属离子螯合剂,能与大多数金属离子形成稳定的配合物。分析EDTA-4Na处理后黑磷的XPS数据,发现磷的精细谱向低的电子结合能方向移动,并且与初始未保护黑磷的磷的精细谱相似,脱保护后的黑磷依然维持了其本身的晶格结构、导电率、光热转化效率和反应活性。同时,BP/A13+/BDT表面上的A13+离子也可以通过其它螯合剂去除,例如柠檬酸钠（SC）和谷胱甘肽（GSH）,暗示了这个策略在生物医学领域具有一定的应用潜力。