磷烯的制备、结构、性质及器件应用

朱晋潇 刘晓东 薛敏钊 陈长鑫

引用本文: 朱晋潇,  刘晓东,  薛敏钊,  陈长鑫. 磷烯的制备、结构、性质及器件应用[J]. 物理化学学报, 2017, 33(11): 2153-2172. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705313 shu
Citation:  ZHU Jin-Xiao,  LIU Xiao-Dong,  XUE Min-Zhao,  CHEN Chang-Xin. Phosphorene: Synthesis, Structure, Properties and Device Applications[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2017, 33(11): 2153-2172. doi: 10.3866/PKU.WHXB201705313 shu

磷烯的制备、结构、性质及器件应用

  • 基金项目:

    国家自然科学基金优秀青年科学基金项目(61622404),上海市浦江人才计划(15PJ1403300),上海市“科技创新行动计划”国际合作项目(15520720200),国家自然科学基金面上项目(61177052),全国优秀博士学位论文作者专项资金资助项目(201154),中国博士后面上基金项目(2016M601595)和江苏省基础研究计划青年基金项目(BK20150364)资助

摘要: 磷烯是继石墨烯之后一种新型的二维材料,具有优异的物理、化学和机械性能,在各类器件中具有大的应用潜力。目前对磷烯的最新制备方法、特性调控和应用的系统总结较少。本文对磷烯的制备、结构、性质、改性方法及其器件应用进行了系统的综述。首先概括了磷烯“自上而下”和“自下而上”的制备方法,对其结构和性质进行了总结,同时讨论了磷烯的修饰改性方法,最后对磷烯的器件应用进行了较详细的介绍,并在此基础上对磷烯的研究方向和前景进行了展望。

English

    1. [1]

      (1) Xia, F.; Wang, H.; Jia, Y. Nat. Commun. 2014, 5, 4458. doi: 10.1038/ncomms5458

    2. [2]

      (2) Qiao, J.; Kong, X.; Hu, Z. X.; Yang, F.; Ji, W. Nat. Commun. 2014, 5, 4475. doi: 10.1038/ncomms5475

    3. [3]

      (3) Tang, P.; Xiao, J. J.; Zheng, C.; Wang, S.; Chen, R. F. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29 (4), 667. [汤鹏, 肖坚坚, 郑超, 王石, 陈润锋. 物理化学学报, 2013, 29 (4), 667.]doi: 10.3866/PKU.WHXB201302062

    4. [4]

      (4) Xing L.; Jiao, L.Y. Acta Phys. -Chim. Sin. 2016, 32 (9), 2133. [邢垒, 焦丽颖. 物理化学学报, 2016, 32 (9), 2133.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201606162

    5. [5]

      (5) Li, L.; Yang, F.; Ye, G. J.; Zhang, Z.; Zhu, Z.; Lou, W.; Zhou, X.; Li, L.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Chang, K.; Wang, Y.; Chen, X.H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2016, 11, 593. doi: 10.1038/nnano.2016.42

    6. [6]

      (6) Liu, H.; Neal, A. T.; Zhu, Z.; Luo, Z.; Xu, X.; Tomanek, D.; Ye, P. D. ACS. Nano. 2014, 8, 4033. doi: 10.1021/nn501226z

    7. [7]

      (7) Fei, R.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14, 2884. doi: 10.1021/nl500935z

    8. [8]

      (8) Wang, X.; Lan, S. Adv. Opt. Photon. 2016, 8, 618. doi: 10.1364/aop.8.000618

    9. [9]

      (9) Xu, Y.; Dai, J.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. Lett. 2015, 6, 1996. doi: 10.1021/acs.jpclett.5b00510

    10. [10]

      (10) Fei, R.; Faghaninia, A.; Soklaski, R.; Yan, J. A.; Lo, C.; Yang, L. Nano Lett. 2014, 14, 6393. doi: 10.1021/nl502865s

    11. [11]

      (11) Tao, W.; Zhu, X.; Yu, X.; Zeng, X.; Xiao, Q.; Zhang, X.; Ji, X.; Wang, X.; Shi, J.; Zhang, H.; Mei, L. Adv. Mater. 2017, 29, 276. doi: 10.1002/adma.201603276

    12. [12]

      (12) Sun, Z.; Zhao, Y.; Li, Z.; Cui, H.; Zhou, Y.; Li, W.; Tao, W.; Zhang, H.; Wang, H.; Chu, P. K.; Yu, X. F. Small 2017, 13, 896. doi: 10.1002/smll.201602896

    13. [13]

      (13) Shao, J.; Xie, H.; Huang, H.; Li, Z.; Sun, Z.; Xu, Y.; Xiao, Q.; Yu, X. F.; Zhao, Y.; Zhang, H.; Wang, H.; Chu, P. K. Nat. Commun. 2016, 7, 12967. doi: 10.1038/ncomms12967

    14. [14]

      (14) Elizabeth, G. Nature 2015, 522, 274. doi: 10.1038/522274a

    15. [15]

      (15) Kang, J.; Wells, S. A.; Wood, J. D.; Lee, J. H.; Liu, X.; Ryder, C. R.; Zhu, J.; Guest, J. R.; Husko, C. A.; Hersam, M. C. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113, 11688. doi: 10.1073/pnas.1602215113

    16. [16]

      (16) Sauvage, L. ACS Nano. 2013, 7, 4202. doi: 10.1021/nn400644t

    17. [17]

      (17) Zhao, G.; Wang, T.; Shao, Y.; Wu, Y.; Huang, B.; Hao, X. Small 2017, 13, 243. doi: 10.1002/smll.201602243

    18. [18]

      (18) Zhao, M.; Qian, H. L.; Niu, X. Y.; Wang, W.; Guan, L.; Sha, J.; Wang, Y. W. Cryst. Growth. Des. 2016, 16, 1096. doi: 10.1021/acs.cgd.5b01709

    19. [19]

      (19) Chen, L.; Zhou, G.; Liu, Z.; Ma, X.; Chen, J.; Zhang, Z.; Ma, X.; Li, F.; Cheng, H. M.; Ren, W. Adv. Mater. 2016, 28, 510. doi: 10.1002/adma.201503678

    20. [20]

      (20) Park, C. M.; Sohn, H. J. Adv. Mater. 2007, 19, 2465. doi: 10.1002/adma.200602592

    21. [21]

      (21) Sun, J.; Zheng, G.; Lee, H. W.; Liu, N.; Wang, H.; Yao, H.; Yang, W.; Cui, Y. Nano. Lett. 2014, 14, 4573. doi: 10.1021/nl501617j

    22. [22]

      (22) Aldave, S. H.; Yogeesh, M. N.; Zhu, W. N.; Kim, J.; Sonde, S. S.; Nayak, A. P.; Akinwande, D. 2D Mater. 2016, 3, 014007. doi: 10.1088/2053-1583/3/1/014007

    23. [23]

      (23) Lange, S.; Schmidt, P.; Nilges, T. Inorg. Chem. 2007, 46, 4028. doi: 10.1021/ic062192q

    24. [24]

      (24) Zhang, Z. M.; Xin, X.; Yan, Q. F.; Li, Q.; Yang, Y.; Ren, T. L. Sci. China Mater. 2016, 59, 122. [张子明, 辛鑫, 严清风, 李强, 杨轶,任天令. 中国科学材料, 2016, 59, 122.] doi: 10.1007/s40843-016-0122-1

    25. [25]

      (25) Castellanos-Gomez, A.; Vicarelli, L.; Prada, E.; Island, J.O.; Narasimha-Acharya, K. L.; Blanter, S. I.; Groenendijk, D. J.; Buscema, M.; Steele, G. A.; Alvarez, J. V.; Zandbergen, H. W.; Palacios, J. J.; van der Zant, H. S. J. 2D Mater. 2014, 1, 025001. doi: 10.1088/2053-1583/1/2/025001

    26. [26]

      (26) Castellanos-Gomez, A.; Buscema, M.; Molenaar, R.; Singh, V.; Janssen, L.; van der Zant, H. S. J.; Steele, G. A. 2D Mater. 2014, 1, 011002. doi:10.1088/2053-1583/1/1/011002

    27. [27]

      (27) Luo, Z.; Maassen, J.; Deng, Y.; Du, Y.; Garrelts, R. P.; Lundstrom, M. S.; Ye, P. D.; Xu, X. Nat. Commun. 2015, 6, 8572. doi: 10.1038/ncomms9572

    28. [28]

      (28) Mu, Y.; Si, M. S. Europhys. Lett. 2015, 112, 37003. doi: 10.1209/0295-5075/112/37003

    29. [29]

      (29) Zhao, W.; Xue, Z.; Wang, J.; Jiang, J.; Zhao, X.; Mu, T. ACS Appl. Mater. Inter. 2015, 7, 27608. doi: 10.1021/acsami.5b10734

    30. [30]

      (30) Yang, Y.; Gao, J.; Zhang, Z.; Xiao, S.; Xie, H. H.; Sun, Z.B.; Wang, J. H.; Zhou, C. H.; Wang, Y. W.; Guo, X. Y.; Chu, P. K.; Yu, X. F. Adv. Mater. 2016, 28, 8937. doi: 10.1002/adma.201602382

    31. [31]

      (31) Hanlon, D.; Backes, C.; Doherty, E.; Cucinotta, C. S.; Berner, N. C.; Boland, C.; Lee, K.; Harvey, A.; Lynch, P.; Gholamvand, Z.; Zhang, S.; Wang, K.; Moynihan, G.; Pokle, A.; Ramasse, Q. M.; McEvoy, N.; Blau, W. J.; Wang, J.; Abellan, G.; Hauke, F.; Hirsch, A.; Sanvito, S.; O'Regan, D.D.; Duesberg, G. S.; Nicolosi, V.; Coleman, J. N. Nat. Commun. 2015, 6, 8563. doi: 10.1038/ncomms9563

    32. [32]

      (32) Yasaei, P.; Kumar, B.; Foroozan, T.; Wang, C.; Asadi, M.; Tuschel, D.; Indacochea, J. E.; Klie, R. F.; Salehi-Khojin, A. Adv. Mater. 2015, 27, 1887. doi: 10.1002/adma.201405150

    33. [33]

      (33) Guo, Z. N.; Zhang, H.; Lu, S. B.; Wang, Z. T.; Tang, S. Y.; Shao, J. D.; Sun, Z. B.; Xie, H. H.; Wang, H. Y.; Yu, X. F.; Chu, P. K. Adv. Funct. Mater. 2015, 25, 6996. doi: 10.1002/adfm.201502902

    34. [34]

      (34) Nicolosi, V.; Chhowalla, M.; Kanatzidis, M. G.; Strano, M.S.; Coleman, J. N. Science 2013, 340, 1420. doi: 10.1126/science.1226419

    35. [35]

      (35) Brent, J. R.; Ganguli, A. K.; Kumar, V.; Lewis, D. J.; McNaughter, P. D.; O'Brien, P.; Sabherwal, P.; Tedstone, A.A. RSC Adv. 2016, 6, 86955. doi: 10.1039/c6ra21296d

    36. [36]

      (36) Pei, J.; Gai, X.; Yang, J.; Wang, X.; Yu, Z.; Choi, D. Y.; Luther-Davies, B.; Lu, Y. Nat. Commun. 2016, 7, 10450. doi: 10.1038/ncomms10450

    37. [37]

      (37) Jia, J.; Jang, S. K.; Lai, S.; Xu, J.; Choi, Y. J.; Park, J. H.; Lee, S. ACS Nano 2015, 9, 8729. doi:10.1021/acsnano.5b04265

    38. [38]

      (38) Lee, G.; Lee, J. Y.; Lee, G. H.; Kim, J. J. Mater. Chem. C 2016, 4, 6234. doi: 10.1039/c6tc01514j

    39. [39]

      (39) Lu, W. L.; Nan, H. Y.; Hong, J. H.; Chen, Y. M.; Zhu, C.; Liang, Z.; Ma, X. Y.; Ni, Z. H.; Jin, C. H.; Zhang, Z. Nano Res. 2014, 7, 853. doi: 10.1007/s12274-014-0446-7

    40. [40]

      (40) Chen, L.; Hernandez, Y.; Feng, X.; Müllen, K. Angew. Chem. Int. Ed. 2012, 51, 7640. doi: 10.1002/anie.201201084

    41. [41]

      (41) Gao, J.; Zhang, G.; Zhang, Y. W. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 4763. doi: 10.1021/jacs.5b12472

    42. [42]

      (42) Jiang, Q.; Xu, L.; Chen, N.; Zhang, H.; Dai, L.; Wang, S. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2016, 55, 13849. doi: 10.1002/anie.201607393

    43. [43]

      (43) Smith, J. B.; Hagaman, D.; Ji, H. F. Nanotechnology 2016, 27, 215602. doi: 10.1088/0957-4484/27/21/215602

    44. [44]

      (44) Yang, Z.; Hao, J.; Yuan, S.; Lin, S.; Yau, H. M.; Dai, J.; Lau, S. P. Adv. Mater. 2015, 27, 3748. doi: 10.1002/adma.201500990

    45. [45]

      (45) Guan, J.; Zhu, Z.; Tománek, D. Phys. Rev. Lett. 2014, 113, 046804. doi: 10.1103/PhysRevLett.113.046804

    46. [46]

      (46) Wu, M.; Fu, H.; Zhou, L.; Yao, K.; Zeng, X. C. Nano Lett. 2015, 15, 3557. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b01041

    47. [47]

      (47) Zhu, L.; Wang, S. S.; Guan, S.; Liu, Y.; Zhang, T.; Chen, G.; Yang, S. A. Nano Lett. 2016, 16, 6548. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b03208

    48. [48]

      (48) Zeng, J.; Cui, P.; Zhang, Z. Phys. Rev. Lett. 2017, 118, 046101. doi: 10.1103/PhysRevLett.118.046101

    49. [49]

      (49) Liu, J.; Guo, Y. G.; Zhang, S. H.; Wang, Q.; Kawazoe, Y.; Jena, P. J. Phys. Chem. C 2015, 119, 24674. doi: 10.1021/acs.jpcc.5b08593

    50. [50]

      (50) Ling, X.; Wang, H.; Huang, S.; Xia, F.; Dresselhaus, M. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2015, 112, 4523. doi: 10.1073/pnas.1416581112

    51. [51]

      (51) Li, Y.; Yang, S. X.; Li, J. B. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 23970. doi: 10.1021/jp506881v

    52. [52]

      (52) Dai, J.; Zeng, X. C. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1289. doi: 10.1021/jz500409m

    53. [53]

      (53) Liu, Q.; Zhang, X.; Abdalla, L. B.; Fazzio, A.; Zunger, A. Nano Lett. 2015, 15, 1222. doi: 10.1021/nl5043769

    54. [54]

      (54) Yang, J.; Xu, R. J.; Pei, J. J.; Myint, Y. W.; Wang, F.; Wang, Z.; Zhang, S.; Yu, Z. F.; Lu, Y. R. Light-Sci. Appl. 2015, 4, 312. doi: 10.1038/lsa.2015.85

    55. [55]

      (55) Wang, X.; Jones, A. M.; Seyler, K. L.; Tran, V.; Jia, Y.; Zhao, H.; Wang, H.; Yang, L.; Xu, X.; Xia, F. Nat. Nanotechnol. 2015, 10, 517. doi: 10.1038/nnano.2015.71

    56. [56]

      (56) Zhang, G.; Huang, S.; Chaves, A.; Song, C.; Ozcelik, V.O.; Low, T.; Yan, H. Nat. Commun. 2017, 8, 14071. doi: 10.1038/ncomms14071

    57. [57]

      (57) Li, L.; Kim, J.; Jin, C.; Ye, G. J.; Qiu, D. Y.; da Jornada, F.H.; Shi, Z.; Chen, L.; Zhang, Z.; Yang, F.; Watanabe, K.; Taniguchi, T.; Ren, W.; Louie, S. G.; Chen, X. H.; Zhang, Y.; Wang, F. Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 21. doi: 10.1038/nnano.2016.171

    58. [58]

      (58) Chen, H.; Fei, W.; Zhou, J.; Miao, C.; Guo, W. Small 2017, 13, 336. doi: 10.1002/smll.201602336

    59. [59]

      (59) Shen, Z.; Sun, S.; Wang, W.; Liu, J.; Liu, Z.; Yu, J. C. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 3285. doi: 10.1039/c4ta06871h

    60. [60]

      (60) Li, L.; Yu, Y.; Ye, G. J.; Ge, Q.; Ou, X.; Wu, H.; Feng, D.; Chen, X. H.; Zhang, Y. Nat. Nanotechnol. 2014, 9, 372. doi: 10.1038/nnano.2014.35

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  10
  • 文章访问数:  1279
  • HTML全文浏览量:  153
文章相关
  • 收稿日期:  2017-03-29
  • 修回日期:  2017-05-17
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章