一维纳米反应腔内新型磷结构的合成及其性能研究

The synthesis, structure, and properties of different phosphorus are attracting much attentions. There are lots of different phosphophorus structures wihch have fantastic properties could not be produced or could not be preserved under rutine synthesis methods. The inner cavities of nanotubes will be used to synthesis new phosphorus allotropes due to their special physical and chemical environments. The applicant has succeed in using carbon nanotube inner cavities to produce carbon allotropes and ring-shaped phosphorus. Different diameters and environment will be used to produced different phosphorus allotropes inside nanotubes. Nano phase transitions will also be used to produced new phosphorus allotropes inside nanotubes. The allotropes produced from these methods are neither experimentally produced nor theoretic predicted. The characterization of new allotropes is a big challenge. Stable models and structure properties will be calculated to compare with experimental data to predict the new allotropes. The synthesis mechanism and potential properties will be also investigated. The project will provide a absolutely new synthesis path for special structures which can not be produced under rutine chemistry methods.

不同磷材料的合成、结构以及性能是当前国际前沿材料化学研究的热点之一。很多具有优异光、电、热等性能的磷结构在现有合成方法中还无法被合成或被保存下来，甚至结构都没被预测出。申请人前期成功使用碳纳米管一维内腔合成了常规条件下无法合成的新型碳的同素异形体及环状磷的同素异形体。本项目采用纳米管一维内腔的物理化学环境来合成新型磷的同素异形体，通过控制一维纳米空腔的直径和材质来改变反应环境以合成不同的同素异形体，同时利用一维纳米空腔的隔离作用实现磷在管内的纳米相变从而获得不同的同素异形体，通过理论建模获得稳定的结构并与高分辨电镜图像相比较，并模拟出结构的晶面衍射、键结合能、键振动能、电子云分布和能态分布分别与相应的检测手段获得的实验数据相比拟以确定材料的结构，同时通过DFTB计算探索其合成机理并探索新型磷材料的导电、导热和电化学性能。为新型磷材料的合成的特殊结构提供一种全新的合成方法。

新物相的开发实现无数‘0’到‘1’原创研究的基石，低维度非金属单质富勒烯（1985年）、碳纳米管（1991年）和石墨烯（2004年）的成功发现和合成以及后续物化性能研究进一步推进了纳米科技的发展，并且渗入到光、电、催化、能源、医学等各个领域的研究，并获得了两项诺贝尔奖。磷与碳类似，地壳含量丰富又具有丰富的相图，近年来越来越受到研究者的青睐，其丰富的同素异形体能带来一系列不同新结构、新性能及新应用。本项目采用纳米管一维内腔的特殊物理化学环境来合成常规条件下难以或根本无法合成的新型磷的同素异形体，通过控制一维纳米空腔的直径和结构来改变反应环境以合成不同的同素异形体，同时利用一维纳米空腔的隔离作用将新合成的结构保存下来，通过理论与实验相结合确定新型磷的同素异形体的结构形貌及性能。本项目在内径约为1纳米的多壁碳纳米管内腔中成功合成方形柱状磷结构，直径约为4.1纳米的多壁碳管内观察到锯齿状黑磷纳米片结构，发现在直径小于1.4纳米时，方柱状磷的稳定性高，而大于1.4纳米时锯齿状黑磷纳米片结构更稳定，而当直径大于5纳米时，在5-8纳米的内径内又成功合成了2007年预测到了环状磷结构。方形柱状磷及环状磷结构的成功合成为相对残缺的磷相图天了新丁，进一步丰富了磷相图，并具有优异的电化学特性。本项目在完成原有计划的所有工作的基础上，也尝试了在碳纳米管内腔合成不同相的碘化银纳米线。同时也此基础上合成了宏观尺寸的层状半导体紫磷单晶，并精确解出其晶体结构。同时首次成功剥离出紫磷烯结构。

内容获取失败，请点击重试