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黑磷（Black Phosphorus）是一種新型的二維材料，相對于其他二維材料，黑磷的載流子遷移率更高，能夠實現(xiàn)更快速的電子傳輸，從而在高速電子器件中展現(xiàn)出巨大潛力。此外，黑磷具有優(yōu)異的生物相容性、生物降解性以及良好的光熱效應，在生物醫(yī)學領域優(yōu)勢逐漸凸顯。近年來的研究發(fā)現(xiàn)，黑磷作為一種在鉀離子電池中具有高理論容量的有前景的負極材料正嶄露頭角。

本期小豐整理了近期黑磷在光電探測器、骨修復和鉀離子電池領域的研究進展，一起看下吧~

Advanced Functional Materials

黑磷實現(xiàn)新型室溫中紅外光電探測器高性能突破

黑磷作為一種層狀材料，具有厚度可調的帶隙（0.3至2.0eV）和各向異性的光吸收特性，使其在中紅外和近紅外區(qū)域表現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。然而，純黑磷基探測器的性能仍然受到吸收率和量子效率的限制，尤其是在零偏壓下的中紅外探測中表現(xiàn)不佳。

2025年2月20日，Advanced Functional Materials報道研究人員成功設計并制造了一種垂直黑磷肖特基光電二極管，能夠在室溫下實現(xiàn)高效的中紅外光探測。

該器件的核心結構由一層約200nm厚的黑磷納米片夾在頂部幾層石墨烯（FLG）和底部銀（Ag）薄膜之間組成。這種設計不僅減少了串聯(lián)電阻，還通過諧振腔實現(xiàn)了近完美的光吸收。實驗表明，200nm厚的黑磷納米片在3.7μm波長下的吸收率高達98%。

此外，通過肖特基接觸和歐姆接觸的設計，研究團隊進一步提高了光生載流子的分離和收集效率。肖特基接觸在銀-黑磷界面處形成了內置電場，促進了電子和空穴的有效分離，而石墨烯電極的歐姆接觸則確保了載流子的高效收集。

該黑磷肖特基光電二極管在室溫下表現(xiàn)出極高的靈敏度，峰值響應度達到1.23A/W，探測率高達2.2×109cm Hz1/2W-1。在3.6μm波長下，器件的外部量子效率（EQE）達到了42%，內部量子效率（IQE）更是高達52%。這些性能指標在基于二維材料的零偏壓中紅外探測器中處于領先水平。

這一突破性成果不僅解決了傳統(tǒng)紅外探測器需低溫操作的難題，還顯著提升了量子效率，為紅外探測技術在醫(yī)療成像、通信、安防等領域的廣泛應用鋪平了道路。

文獻名稱：Vertical Black Phosphorus Photodiodes with High Quantum Efficiency for Mid-Infrared Detection at Room Temperature

Advanced Healthcare Materials

用于骨缺損修復的改良黑磷納米復合水凝膠

骨組織工程正在成為移植物等傳統(tǒng)療法的有前途的替代品。納米生物材料通過促進細胞分化來增強成骨細胞對惡劣環(huán)境的抵抗力。其中黑磷作為生物醫(yī)學中的一種新型2D材料，具有獨特的成骨和抗菌特性。然而，BP納米片仍然面臨如快速降解和高劑量細胞毒性的臨床應用局限性。為了解決這些問題，

2025年1月2日，期刊Advanced Healthcare Materials報道研究人員通過共組裝方法構建了由SiPc-NH2固定的BP納米片組成的復合水凝膠，獲得了很好的成骨和抗菌效果。

在該項工作中，研究人員利用BP和SiPc-NH2的逐步共組裝成功設計了自修復水凝膠。SiPc-NH2作為BP納米片的“結構穩(wěn)定劑”，減少了BP納米片的氧化降解，增強了其分散性，在高濃度下仍能保持良好的生物相容性，并增強了光熱轉化，此外 ，SiPc-NH2減少了黑磷表面的負電荷，促進了與帶負電荷細菌的相互作用，提升了抗菌效果，從而協(xié)同保證了成骨和抗菌性能。

進一步的研究結果表明，復合水凝膠顯著促進了成骨分化和骨再生。通過調節(jié)Hippo和Wnt信號通路之間的串擾，BP-SiPc-NH2影響了線粒體穩(wěn)態(tài)和分化，從而促進了成骨過程。

該項工作展示了一種基于線粒體形態(tài)的BP-SiPc-NH2策略在骨修復應用中前景廣闊。

文獻名稱：Improved Black Phosphorus Nanocomposite Hydrogel for Bone Defect Repairing: Mechanisms for Advancing Osteogenesis

Nano Energy

為高能量和快速充電的鉀離子電池定制黑磷納米結構

黑磷作為一種二維層狀材料，由于其相對較大的層間間距和較高的電導率，在可充電鉀離子電池（PIBs）中受到了廣泛的關注。然而，低電壓和有限的可逆容量、高的脫溶劑化勢壘以及電解質，固體電解質界面（SEI）和負極中較差的離子傳輸動力學嚴重影響了BP負極的實際商業(yè)可行性。

2024年12月6日，期刊Nano Energy報道研究者通過優(yōu)化黑磷的結構/組成或界面性能有望解決這個問題。在該項工作中，研究人員首先提出了精確定制的吸附閥控制器和定向面暴露的協(xié)同耦合策略，從垂直吸附和（040）面選擇性吸附的有利削弱中精確制備薄BP基納米結構。

然后，將這種薄BP納米結構封裝到中空的NBC基質中，并進一步用柔性CA分子進行修飾，從而產(chǎn)生具有高空氣穩(wěn)定性的多孔CoNBC@BP@CA。由于拓寬了電化學窗口，加速了電解質/界面/負極級聯(lián)中的K+輸運動力學，并且由于良好的自旋軌道耦合效應加快了反應動力學，該材料具有高能量密度和優(yōu)異的倍率性能。

此外，優(yōu)化后的界面性能抑制了不良副反應，循環(huán)500次后容量保持率達到70.1%。在48.06Wkg-1的功率密度下，整個裝置顯示出230Whkg-1的高能量密度，以及40倍的電流沖擊下61.6%的高容量保持率，和-50℃的低溫適應性。

這驗證了協(xié)同化學/電化學設計方案的實際應用潛力，薄BP納米結構的負極可以同時實現(xiàn)具有高能量以及快速充電的穩(wěn)定的PIBs。

文章名稱：Tailoring black phosphorus nanostructures for high-energy and fast-charging potassium ion batteries: A chemicophysical/electrochemical design strategy

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