【摘 要】
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磷具有颜色丰富的同素异形体（白磷、红磷、紫磷、黑磷和蓝磷等）。黑磷作为层状材料,拥有依赖层数的带隙和高载流子迁移率等性质。在场效应晶体管、光电晶体管、催化剂和传感器等领域,黑磷都受到了广泛的关注。黑磷的研究热潮促进了对磷的新型同素异形体的探索。本文通过化学气相沉积法首次制备了一种新的磷同素异形体-绿色磷,研究了绿色磷的性质和形成影响因素。基于绿色磷与碳基底的相互作用,将绿色磷纳米颗粒负载于碳纸基底
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磷具有颜色丰富的同素异形体（白磷、红磷、紫磷、黑磷和蓝磷等）。黑磷作为层状材料,拥有依赖层数的带隙和高载流子迁移率等性质。在场效应晶体管、光电晶体管、催化剂和传感器等领域,黑磷都受到了广泛的关注。黑磷的研究热潮促进了对磷的新型同素异形体的探索。本文通过化学气相沉积法首次制备了一种新的磷同素异形体-绿色磷,研究了绿色磷的性质和形成影响因素。基于绿色磷与碳基底的相互作用,将绿色磷纳米颗粒负载于碳纸基底用于诱导锂金属沉积,得到高性能锂金属负极。主要成果如下:（1）通过简单的化学气相沉积法成功制备了一种绿色的磷,结构表征表明其为一种新的磷同素异形体。通过SEM发现,绿色磷以100～700 nm的颗粒状沉积在玻碳基底上。与红磷、黑磷等同素异形体进行对比,XRD和Raman结果表明绿色磷有特殊的晶体结构。研究发现绿色磷形成的关键条件在于基底结构和蒸气压:仅在磷蒸气分压为210 k Pa的条件下,绿色磷可生长在富含有边缘碳的碳基底上。通过DFT计算结果表明碳基底中的边缘碳与P4分子间有强吸附作用。这种吸附作用使P4分子容易被激活、对聚合反应形成绿色磷起到关键作用。通过循环伏安法研究绿色磷的储锂机制,结果表明绿色磷的储锂电位要低于红磷和黑磷,也说明了绿色磷具有区别于红磷和黑磷的特殊晶体结构和化学性质。（2）基于绿色磷能够在富含边缘结构的碳基底上生长原理,通过化学气相沉积法成功将绿色磷纳米颗粒生长在碳纸（CP）上,标记为greenish P@CP（绿色磷含量为7.36 wt%）。greenish P@CP上的绿色磷纳米颗粒能在0.40 V左右电位下通过电化学锂化形成Li3P颗粒,其具有很好的亲锂性、导电性、导锂性。利用Li3P提高了碳纸载体的亲锂性,在金属锂沉积过程中,降低了金属锂的形核过电位。循环50圈后的阻抗测试显示greenish P@CP电极具有比CP电极更低的界面阻抗和电荷转移阻抗,这表明greenish P@CP电极循环后形成的SEI膜比CP更加稳定,且greenish P@CP对锂的亲和性更好。由于Li3P作为异相成核位点在载体上分布均匀,使金属锂在载体上沉积更加均匀,这抑制了锂枝晶的产生。电流密度为1 m A cm-2,容量为1 m Ah cm-2时,greenish P@CP电极循环100圈后的库伦效率高于91%,远高于CP电极在相同条件下的库伦效率（66%）。
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