Bottom-up approach to produce phosphorus nanoribbons

自下而上的方法生产磷纳米带

基本信息

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

项目摘要

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。

黑磷具有磷原子以六角船状键合的结构，是一种低带隙的二维半导体材料。据报道，它具有高载流子迁移率和光催化功能，在从基础到应用的广泛领域引起了广泛的关注。然而，由于其带隙较低，容易被大气中的氧气氧化，反应不稳定，且带隙高度依赖于二维材料的层数特性，因此其应用受到限制。。为了克服这些困难，理论上提出了具有有限宽度的一维结构的黑磷纳米带。黑磷纳米带结构沿其长轴和短轴具有较大的电学、机械和热学性能各向异性，理论上显示出良好的热电性能，备受关注。迄今为止，在有关黑磷纳米带合成的研究中，仅报道了使用氨中的还原剂蚀刻并分解黑磷晶体的自上而下的方法。然而，这种自上而下的方法，刻蚀是随机发生的，因此纳米带的宽度分布非常宽，从10 nm到几个μm，使得纳米带的宽度无法控制。另一个问题是，不可能获得分子尺度宽度为几纳米、表现出理论研究中所示的高性能物理性质的分子。因此，一种合成分子级宽度黑磷纳米带的新方法是该领域所面临的挑战。本研究的目的是提出并论证一种新的自下而上的合成方法：激光诱导固相反应方法，该方法使用分子尺度上具有可控超细宽度的前驱体作为起始材料。今年，我们的目标是通过使用红磷作为前驱体并使其与电子给体在高温溶剂中反应来合成黑磷纳米线。在各种条件下研究反应的存在或不存在。