Bottom-up approach to produce phosphorus nanoribbons

自下而上的方法生产磷纳米带

• 批准号: 22K18944
• 负责人: 坂口 浩司
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18944/
• 关键词: 黒燐ナノリボン; ナノ材料

黒リンは、リン原子がボート型六角型に結合した構造を有しており、低バンドギャップを持つ二次元半導体物質である。大きなキャリア移動度を持つことや光触媒機能を持つことが報告され、基礎から応用まで幅広い分野で大きな注目を集めている。しかしながら、低バンドギャップにより、大気中で酸素により容易に酸化される反応不安定性や二次元物質に特有の層数に大きく依存するバンドギャップを持つため、応用に限界がある。そこでこれらの難点を克服するため有限の幅を持つ一次元構造である黒リンナノリボンが理論的に提案された。黒リンナノリボン構造は長軸・短軸で電気・機械・熱物性に大きな異方性を有するため、大きな熱電性能を持つことが理論的に示され大きな注目を集めている。これまでに報告された黒リンナノリボンの合成に関する研究で、黒リン結晶をアンモニア中で還元剤によりエッチング・分解させるトップダウンの手法のみが報告されている。しかしながら、このトップダウンの手法ではエッチングがランダムに起こるため、幅が10nmから数μmと非常に大きな分布を持ちナノリボンの幅を制御することができない。また理論研究で示された高性能物性値を示す数nmの分子スケール幅のものが得らない問題点がある。このため、分子スケール幅を持つ黒リンナノリボンを合成する新しいアプローチは、この分野で望まれている挑戦的課題である。本研究では、原理的に分子スケールでの極細幅を持制御できる前駆体を出発物質とする新しいボトムアップ合成法：レーザー誘起固相反応法を提案し、実証することを目的とする。今年度は、赤リンを前駆体として、高温溶媒中で電子供与体と反応させることにより黒燐ナノワイヤーの合成を目指した。種々の条件での反応を有無を検討した。

黑磷是一种二维半导体材料，其结构将磷原子粘合到船型六角形型，并且带隙较低。据报道，它具有较大的载体迁移率和光催化功能，并且在从基本应用到应用应用程序中引起了广泛的范围。但是，低带隙具有有限的应用，因为它具有反应不稳定性，在大气和带隙中很容易用氧气氧化，这在很大程度上取决于二维材料所特有的层数。因此，为了克服这些缺点，在理论上提出了一种具有有限宽度的一维结构，这是一种一维结构。黑色磷纳米替比结构在长轴和短轴上具有较大的各向异性，理论上证明具有出色的热电性能，引起了极大的关注。在先前报道的关于黑磷纳米骨的合成的研究中，仅报道了自上而下的方法，其中黑磷晶体使用还原剂蚀刻并分解在氨中。但是，由于蚀刻是在这种自上而下的技术中随机发生的，因此纳米骨的宽度不受控制，因为它的分布非常大10 nm至几μm。另一个问题是，不可能获得几个NM的分子尺度宽度，这些nM显示出理论研究中显示的高性能物理特性。因此，一种与分子尺度宽度合成黑磷纳米骨的新方法是在该领域所需的挑战性挑战。这项研究旨在提出并证明一种新的自下而上合成方法：激光诱导的固相反应方法，该方法使用了在分子尺度上具有狭窄宽度的前体，并且可以作为起始材料控制。今年，我们的目的是通过将红磷作为前体与电子供体的前体反应，以在高温溶剂中反应黑磷纳米线。研究了在各种条件下的存在或不存在反应。