黑磷工业化生产.docx

——广西越洋科技股份有限公司林明

讲解人：梁达铭

01黑磷的结构和基本性质02黑磷的应用03黑磷研发合成历史及现状

01黑磷的结构和基本性质

02黑磷的应用

03黑磷研发合成历史及现状

04黑磷工业化的关键技术

PART01

黑磷是一种黑色有金属光泽的晶体，常规是用白磷在很高压强和较高温度下转化而形成的。黑磷具

有正交结构，在磷的同素异形体（白磷、赤磷、紫磷、黑磷）中最稳定，反应活性最弱的，它在空气中

不会燃烧。

黑磷是一种二维直接带隙半导体，它的密度为

2.70g/cm3，硬度为2，其晶格是一个相互链接的六元环，每个原子都与其他三个原子相连，且由双原子层组成的，层与层之间靠范德华力结合，黑磷有着类似石墨的层状结构，但黑磷结构中区别于石墨的最大特点在于，每一个层是由曲折的磷原子链组成的，其同一层内的磷原子不在同一平面内，沿着y轴呈蜂窝褶皱的层状排列。且层间距比石墨大(约5埃)。

载流子迁移率高，最高近

载流子迁移率高，最高近1000cm2/V/s，即通过1000个电子每平方厘米每伏每秒。

还有生物相容性、优异的力学韧性等很多优异的性能这些特性都表明黑磷在半导体和光电

领域的应用很有潜力。

光学性质

光学性质，存在明显的各向异性，其饱和吸收特性优于石墨烯。薄层黑磷具有良好的光电特性，其带隙可通过黑磷层数来调节，使其能吸收从可见光到通讯用红外线这样一个较宽的能量范围。

拥有带隙

拥有带隙，有非常好的半导体性质，它的半导体带隙是直接带隙，即电子导电能带底部和非导电能带顶部在同一位置，实现从非导到导电，电子只需要吸收能量。是理想的半导体材料。

PART02

3.半导体材料：黑磷有带隙，这是黑磷和石墨烯最大的差别也是黑磷最大的优点。黑磷的带隙赋予了材料可以实现逻辑上的开和关，在存在于电场的情况下可以瞬间打开和关闭，充当半导体，带隙越小，在带隙上移动的电流就越强。是理想的复合半导体材

3.半导体材料：

黑磷有带隙，这是黑磷和石墨烯最大的差别也是黑磷最大的优点。黑磷的带隙赋予了材料可以实现逻辑上的开和关，在存在于电场的情况下可以瞬间打开和关闭，充当半导体，带隙越小，在带隙上移动的电流就越强。是理想的复合半导体材料。

1.高容量电池负极材料：黑磷特殊的层状结构赋予它很强的离子传导能力和理论上很高的电荷容量（2596mAh/g），是极具潜

1.高容量电池负极材料：

黑磷特殊的层状结构赋予它很强的离子传导能力和理论上很高的电荷容量（2596mAh/g），是极具潜力的“快充”电极材料。有机构研制出一种新型黑磷复合材料，充电9分钟即可恢复约80%的电量，2000次循环后仍可保持90%的电荷容量。使兼具快速充电、高电荷容量、长寿命优点的锂离子电池成为可能。

2.储氢介质：

作为一种二维材料，黑磷具有很高的表面积体积比，其特殊的褶皱蜂窝结构，在氢气吸附方面具有天然优势。研究表明用锂装饰的单层黑磷是具有巨大潜力的储氢介质。

PART

PART02

4.阻燃剂方面：黑磷烯因其超细的尺寸存在，与其他阻燃剂成分混合时

4.阻燃剂方面：

黑磷烯因其超细的尺寸存在，与其他阻燃剂成分混合时分散性好，又因其较高的熔点及燃点，较高温度下稳定，充分满足阻燃材料的性质。相关研究人员通过实验发现黑磷片的参入可使放热率和用烟雾量大大减少，非常适合高端、精密类仪器的阻燃材料，在航空、核电、军事等领域拥有巨大前景。

医药的光疗分为光热治疗和光动治疗，黑磷材料作为光吸收剂，可以将光热剂选择性置于某特定部位，加热以消融癌细胞，由于尺寸较小，可以作为药物载体，可以选择性进去癌细胞（细胞大），进行靶向治疗。通过实验发现浓度低于40ug/mL时，未发现生物毒性，且黑磷可以经过肝和肾正常排出体外。黑磷的生物相容性及无毒理性的特性，可以作为很多药物的载体，癌症的靶向治疗，针对性定向的杀死癌细胞，还患者一个健康。医药领域的科研人员已经在这方面进行研究且取得很大的研究成果，相信“梦幻载体”的出现，将有望让癌症不再是绝症。

PART

PART03

黑磷是单质磷中最稳定的同素异形体，二十世纪初，在压强为1.2GPa的条件下白磷被成功转化制得块体黑磷。不过当时的研究焦点都集中在硅等半导体材料上，未引起太多人的注意，而且合成的黑磷量较少，未能满足研究人员进一步深入研究其性质。直到2014年块体黑磷被剥离为片层结构，并被成功制备了基于少层黑磷的场效应晶体管，层状黑磷被认为是在纳电领域最具应用前景的一种。

目前黑磷的合成方法主要是五种：高压法，汞催化法、铋熔法，球磨法，矿化法。

最早用来制备黑磷的方法，使用钢制容器，专利CN102491294A公开了一种

用高压法制备锂离子电池负极材料黑磷的方法，该方法得到的黑磷结晶性较好，但需要用到超高压设备，制备