黑磷的制备与储能应用研究.docx

黑磷的制备与储能应用研究—第八届磷化工产业发展论坛暨磷资源与磷化学技术学术交流会汇报人：廉培超lianpeichao@126.com2021.12.25 云南昆明

黑磷的制备与储能应用研究

—第八届磷化工产业发展论坛暨磷资源与磷化学技术学术交流

会

昆明理工大学化学工程学院云南省高校磷化工重点实验室

云南省磷化工节能与新材料重点实验室

目录

研究背景

黑磷制备研究

纳米黑磷制备研究

纳米黑磷储能应用研究

总结与展望

一、研究背景

一、研究背景

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中国磷矿资源丰富，居世界第2位，主要分布在西南地区和华中地区，云南、湖北、贵州、四川和湖南5省份磷矿资源储量（P2O5量）28.66亿吨，占全国的90.4%。

磷化工产品中国磷化工产品现状

磷化工产品

产品结构不合理

产品结构不合理

附加值低，产能过剩

传统产品持续亏损

升级转型

开发新的制备技术，减少能耗、降低成本；

开发新的制备技术，减少能耗、降低成本；

开发新型的精细磷化工产品，拓宽应用领域。

新型精细磷化工产品-黑磷

磷的一种同素异形体，新型半导体材料，具有可调控的直接带隙；

性质比较稳定，具有类似石墨烯的层状结构，是新兴的二维（纳米）材料；

具有较高的载流子迁移率，高的光热转化效率。

太阳能电池锂离子电池生物医学场效应晶体管 传感器 催化

太阳能电池

锂离子电池

生物医学

场效应晶体管

传感器

催化

传统化工

黑磷可以应用于能源、半导体工业、生物医药等高附加值朝阳产业，将有助于推动磷化工行业升级转型。

黑磷价格居高不下，制备技术阻碍其应用研究

黑磷价格居高不下，制备技术阻碍其应用研究

一、研究背景

一、研究背景

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黑磷的制备技术研究现状

高压法

早在1914年，美国研究人员Bridgman就用高压法制备得到黑磷。高压法实施步骤为：首先将红磷或白磷放入圆柱型容器，然后将容器放入装有煤油的高压装置，压力12000-80000Kg/cm2，温度200-1000℃，高温高压诱发原子重排得到黑磷。

优点

缺点

高压法

晶型好，杂质少

制备条件苛刻，成本高

一、研究背景

一、研究背景

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铋熔融法

，1965年,瑞典研究人员Brown和Rundqvist将白磷溶于熔融铋溶液中通过结晶净化得到黑磷。

，

由于白磷有剧毒、且性质活泼、容易燃烧，该方法进行改进，在密闭容器中通过加热红磷得到白磷，然后再通过熔融铋法制备黑磷。

优点

缺点

铋熔化法

黑磷晶型好

工艺复杂，消耗大量铋

一、研究背景

一、研究背景

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红磷行星球磨

红磷

行星球磨

混合球磨

2007年，韩国研究人员Sohn等以红磷为原料通过球磨得到黑磷。

，该法以纯度大于99%的红磷为原料球磨机材质为不锈钢，为防止黑磷被氧化，采用密闭罐体，并以惰性气体保护。

，

优点

缺点

机械球磨法

操作简单

晶型不易控制，易氧化

矿化法

2007年，德国研究人员Nilges等人以碘化高锡、金、锡、红磷为原料通过高温处理制得黑磷。

2014年，他们采用改进的矿化法(以碘化高锡、锡、红磷为原料通过高温处理)制得黑磷。

优点

缺点

矿化法

晶型好

采用高纯原料，成本高

二、黑磷的制备研究

二、黑磷的制备研究

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研磨药品红磷锡

研磨药品

红磷

锡

红磷锡碘化高锡原料、矿化剂

红磷

锡

碘化高锡

方法、步骤

碘化高锡封管装样

碘化高锡

封管

装样

热处理

二、黑磷的制备研究

二、黑磷的制备研究

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目前矿化法制备黑磷存在的问题：

使用价格高昂的高纯红磷为原料，导致生产成本较高；

制备的黑磷往往含有红磷、锡化物、碘化物等杂质；

黑磷制备机制有待进一步阐明；

约34.4元每克

约34.4元每克

约

约0.2元每克

我们开展的研究工作：

以分析纯红磷为原料制备黑磷，降低黑磷生产成本；

开发黑磷的净化方法，提高最终黑磷产品的纯度；

净化

净

化

廉培超

廉培超,王波,梅毅,等.一种高纯黑磷的制备方法.中国发明专利.2017-12-11.

廉培超,左泽福,梅毅,等.一种提纯矿化法黑磷的方法.中国发明专利.2018-10-30.

二、黑磷的制备研究

二、黑磷的制备研究

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以黄磷为原料制备黑磷，进一步降低了黑磷的制备成本；

制备了可稳定使用几百个小时的黑磷制备催化剂，并以分析纯红磷为原料一步制备出高纯黑磷，降低了黑

磷的生产成本；

二、黑磷制备研究

二、黑磷制备研究

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