中國粉體網(wǎng)訊  磷是地球上含量最豐富的元素之一，約占地殼中所有元素質(zhì)量的0.1%。磷元素的同素異形體有紅磷、白磷、紫磷和黑磷，其中黑磷的性質(zhì)最為穩(wěn)定，反應(yīng)活性最弱，它在空氣中不會燃燒。黑磷是用白磷在很高壓強(qiáng)和較高溫度下轉(zhuǎn)化而形成的。

圖1：黑磷晶體及其晶胞結(jié)構(gòu)示意圖

黑磷的物理性質(zhì)

黑磷的制備方法

高壓法

高壓法是最早用于黑磷制備的方法，1914年Bridgman開發(fā)出來的。實(shí)驗(yàn)步驟：首先將白磷放入長約15cm、內(nèi)徑1.5cm的圓柱型鋼制容器，然后將裝有白磷的容器放入裝有煤油的高壓裝置，并在室溫條件下加壓至0.6×109 Pa，隨后，將裝置加熱到200℃，壓力提升到1.2×109Pa，可得到黑磷。高壓法制備黑磷重復(fù)性較好，并且很短時(shí)間內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)紅磷到黑磷的轉(zhuǎn)化。但是其制備方法需要用到超高壓設(shè)備，一定程度上導(dǎo)致黑磷生產(chǎn)成本較高，不利于大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)

鉍熔化法

首先，在氬氣氣氛下將紅磷和鉍顆粒分別放在裝置左右兩邊，并進(jìn)行抽真空密封處理（如圖 2a.所示）；然后，對紅磷和鉍粉加熱處理，右端底部會形成鉍塊，上面則生成白磷，此時(shí)把裝置右端取下（如圖 2b.所示）；最后，在300℃下加熱鉍，并將液鉍澆注到固體白磷上，把裝置放400℃環(huán)境下保溫48h，隨后降至室溫，用硝酸除去鉍，即可得到黑磷。

圖2：鉍熔化法制備黑磷裝置示意圖

礦化法

礦化法是近幾年開發(fā)的一種制備黑磷的方法。將Au、Sn、SnI4與紅磷按一定質(zhì)量的比例混合，真空封裝在石英管中，加熱至一定的溫度并保溫一定的時(shí)間，即可得到黑磷，但最終產(chǎn)物中存在少量未轉(zhuǎn)化的紅磷及反應(yīng)生成的金屬磷化物等雜質(zhì)。但Au價(jià)格昂貴，SnI4有毒。后來研究者們發(fā)現(xiàn)直接以I、Sn、紅磷為原料在常壓下也能制備出黑磷，其具體步驟：將Sn、I和紅磷在氬氣氣氛下密封，經(jīng)過程序升降溫處理，同樣制備出了黑磷。該制備方法不但不再使用昂貴且有毒的SnI4作為礦化劑，而且不再需要真空處理，因而簡化了制備工藝流程，成本大大降低，具有很好的工業(yè)化應(yīng)用前景。

制備方法比較

黑磷未來發(fā)展前景

用類似制備石墨烯的方法，黑磷也可以得到黑磷烯。與黑磷相比，黑磷烯具有較高的比表面積、較好的機(jī)械性能及電學(xué)性能，黑磷和黑磷烯在鋰離子電池、鈉離子電池和超級電容領(lǐng)域都具有較好的應(yīng)用前景。但是黑磷的致命缺陷是缺乏穩(wěn)定性。當(dāng)接觸水和氧氣時(shí)，黑磷片層會在極短時(shí)間內(nèi)氧化進(jìn)而降解。這一缺陷極大地限制了黑磷的研究和工業(yè)應(yīng)用。高穩(wěn)定性黑磷的成功制備，無疑可有效推動(dòng)黑磷在光電器件等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，還將極大促進(jìn)其在能源、催化、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的深入研究。