中科院破黑磷稳定性难题石墨烯替代概念望腾飞

据中国科学院消息，近日，中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋、王怀雨研发团队在二维材料领域取得新突破，制备出高稳定性黑磷。有业内人士预计，黑磷有望借此技术向半导体材料迈出重要一步，取代石墨烯也并非没有可能。

作为二维材料的典型代表，石墨烯的研发荣获了2010年诺贝尔物理学奖，并掀起了人们研究二维材料的热潮。然而，由于石墨稀本身没有带隙，限制了它在半导体工业和光学器件等领域的应用。2014年，与石墨烯一样拥有二维层状结构的黑磷，被视为新的超级材料，刚一出现就引起了全世界的广泛关注。

黑磷的光学性能同其它半导体相比也有巨大优势，它的半导体带隙是直接带隙，即导带底部和价带顶部在同一位置，这意味着黑磷可以和光直接耦合，构筑新一代光电器件。此外，黑磷还具有独特的力学、电学和热学的各向异性。尽管黑磷已在多个领域展现出巨大的应用潜力，它却存在着一个致命缺陷：缺乏稳定性。当接触水和氧气时，黑磷层片会在极短时间内氧化进而降解掉。这一缺陷极大地限制了黑磷的研究和工业应用。

为解决黑磷的这一“阿喀琉斯之踵”，喻学锋、王怀雨研发团队创造性地提出用配位化学的方法来提高黑磷的稳定性。研发团队设计了一种钛的苯磺酸酯配体，利用钛原子的空轨道和苯磺酸酯的强吸电子效应，该配体可与黑磷的孤对电子对进行配位，从而占据孤对电子，这样磷原子就无法再与氧气发生反应。对比实验表明：与未经修饰的黑磷会迅速降解不同，钛配体修饰的黑磷能在水中和湿度高达95%的潮湿空气中放置数日，而保持光学性能稳定。该修饰技术简单有效，在不改变黑磷晶体结构的前提下，就能极大提高它的稳定性。该研发团队已经在黑磷研发领域申请PCT专利1项、国家发明专利3项，并在积极推进相关技术的产业化。

业内人士指出，这种高稳定性黑磷的成功制备，无疑可有效推动黑磷在光电器件等领域的工业应用，还将极大促进其在能源、催化、生物医学等领域的深入研究。黑磷有望借此技术向半导体材料迈出重要一步，取代石墨烯也并非没有可能。黑磷有望成为新的热门半导体材料，A股市场上从事磷化工的企业在生产黑磷上具备先发优势，有望从中受益。

兴发集团（600141）是国内最大的磷矿资源企业之一，目前公司磷矿石储量约2亿吨左右，同时还有部分矿山处于探矿阶段。2015年，公司磷矿石生产量高达643.18万吨。公司地处湖北省宜昌市，宜昌市是我国磷矿富集带，是全国五大磷矿基地之一，资源储量位居全国第二。2015年公司收购了远安吉星化工45%的股权和尧治河桥沟矿业50%的股权，与斯帕尔化学签署了枫叶化工少数股权收购意向协议，进一步增加公司磷矿资源权益。磷资源应用领域的突破，为公司增添了巨大想象空间。

云天化（600096）是我国最大的磷矿采选企业，公司预计2016年生产磷矿930万吨。公司拥有国家磷资源开发利用工程技术中心，形成了具有协同效应的研究开发体系。公司在磷矿采选、磷酸、磷酸二铵等方面拥有大型化国产化生产技术，具有丰富的生产实践经验。2015年公司重点围绕磷矿采选、新型化肥及磷化工、工程材料等领域开展共性关键课题研究，共承担国家、省级科技计划项目7项，为公司可持续发展和生产经营提供了技术支持。

六国化工（600470）是华东地区规模最大的磷复肥和磷化工一体化专业制造企业。公司主要生产基地坐落于长江沿线，直通湖北宜昌磷矿供应地，具备“酸肥结合”、“矿肥结合”的生产要素禀赋优势。公司参股的宜昌明珠磷化工业有限公司，地处中国磷产区三大中心之一，很早就已发展成为年产磷矿石35万吨，年生产矿粉8万吨，12万吨矿加工能力的规模型自营出口企业。母公司旗下的宿松六国矿业拥有丰富的磷矿资源，其北冲矿区采矿许可证设计年产磷矿原矿56万吨。