第1章 黑磷及其制備方法 1

1.1 黑磷的結構 2

1.2 黑磷的性質 3

1.2.1 可調的直接帶隙 3

1.2.2 強的面內各向異性 4

1.2.3 高的理論比容量 6

1.2.4 良好的導電性 7

1.2.5 其他性質 7

1.3 黑磷的制備 7

1.3.1 加壓法制備技術 8

1.3.2 催化法制備技術10

參考文獻20



第2章 納米黑磷及其制備方法 26

2.1 納米黑磷的分類26

2.1.1 黑磷量子點27

2.1.2 黑磷納米帶/管28

2.1.3 黑磷烯/多孔黑磷烯29

2.2 納米黑磷制備方法31

2.2.1 自上而下法31

2.2.2 自下而上法46

參考文獻52



第3章 納米黑磷在能源領域的應用 59

3.1 太陽能電池59

3.1.1 太陽能電池的分類及其工作原理 60

3.1.2 納米黑磷在聚合物太陽能電池中的應用 66

3.1.3 納米黑磷在染料敏化太陽能電池中的應用 67

3.1.4 納米黑磷在鈣鈦礦太陽能電池中的應用 70

3.2 鋰離子電池 73

3.2.1 納米黑磷儲鋰機制 76

3.2.2 單一納米黑磷在鋰離子電池中的應用 78

3.2.3 納米黑磷基復合材料在鋰離子電池中的應用 80

3.3 鈉離子電池 85

3.3.1 納米黑磷儲鈉機制 85

3.3.2 納米黑磷/碳材料在鈉離子電池中的應用 86

3.3.3 納米黑磷/非碳材料在鈉離子電池中的應用 91

3.4 鋰-硫電池 95

3.4.1 鋰-硫電池儲能機制 95

3.4.2 納米黑磷在鋰-硫電池中的應用 96

3.5 超級電容器 98

3.5.1 超級電容器儲能機制 98

3.5.2 納米黑磷在超級電容器中的應用 100

3.6 納米黑磷在儲氫領域的應用 104

參考文獻 106



第4章 納米黑磷在阻燃領域的應用 111

4.1 阻燃原理112

4.1.1 燃燒過程112

4.1.2 阻燃機理113

4.2 單一黑磷烯阻燃114

4.3 黑磷烯的修飾/協同阻燃116

4.3.1 黑磷烯的功能化修飾117

4.3.2 黑磷烯與其他阻燃劑復合 123

參考文獻 126



第5 章 納米黑磷在催化領域的應用 129

5.1 光催化領域 131

5.1.1 光催化發展現狀及原理 131

5.1.2 光催化固氮 132

5.1.3 光催化分解水制氫 134

5.1.4 光催化降解有機物 137

5.1.5 光催化還原二氧化碳 139

5.2 電催化領域 141

5.2.1 電催化發展現狀及原理 141

5.2.2 電催化固氮 144

5.2.3 電催化析氫 145

5.2.4 電催化析氧 148

5.2.5 其他電催化應用 150

參考文獻 151



第6章 納米黑磷在生物醫學領域的應用 156

6.1 臨床診斷 156

6.1.1 生物成像 157

6.1.2 場效應晶體管生物監測 158

6.1.3 電化學生物監測 159

6.1.4 熒光生物監測 161

6.2 腫瘤治療 162

6.2.1 PTT 療法 163

6.2.2 PDT 療法 164

6.2.3 PTT 與 PDT 協同療法 166

6.2.4 藥物輸送輔助療法 168

6.3 骨治療 170

6.3.1 納米黑磷在骨治療中的優勢 171

6.3.2 納米黑磷基水凝膠在骨再生中的應用 172

6.3.3 基於納米黑磷的3D 打印支架在骨再生中的應用 173

6.4 抗菌 175

6.4.1 納米黑磷的抗菌機制 175

6.4.2 單一納米黑磷抗菌 177

6.4.3 納米黑磷基材料協同抗耐藥菌 177

6.4.4 納米黑磷基材料用於傷口愈合 178

參考文獻 180



第7章 納米黑磷在其他領域的應用 186

7.1 晶體管 186

7.1.1 晶體管簡介 186

7.1.2 納米黑磷在晶體管領域的應用 190

7.2 傳感器 197

7.2.1 光電傳感器 197

7.2.2 鎖模激光器 202

7.2.3 電化學傳感器 205

7.2.4 柔性壓力傳感器 206

7.3 膜分離 208

7.3.1 黑磷烯膜氣體分離機理 208

7.3.2 黑磷烯膜氣體分離理論計算 209

7.3.3 黑磷烯膜氣體分離實驗 210

7.4 摩擦 212

7.4.1 納米黑磷用於水基潤滑油 214

7.4.2 納米黑磷用於油基潤滑油 216

7.5 超導 218

7.5.1 納米黑磷在超導領域的理論計算 218

7.5.2 納米黑磷在超導領域的相關實驗 219

7.6 熱電轉化 220

7.7 防腐 224

參考文獻 225

黑磷是近年來被廣泛關注的一種新型精細磷化工產品，與白磷、紅磷、紫磷互為磷的同素異形體。其特殊的褶皺蜂窩狀結構賦予了黑磷很多優異的性能，如高的理論比容量、可調的直接帶隙、高的載流子遷移率、優異的光電性能及強的各向異性等，使其在能源、阻燃、催化、生物醫學、傳感器、場效應晶體管、超導等領域表現出了良好的應用前景。因此，黑磷的制備及其在各領域的應用引起了國內外科研工作者的研究興趣。

納米黑磷是通過剝離塊狀黑磷得到的具有納米尺度的黑磷，它具有許多塊狀黑磷不具有的特性，即納米材料的共性，如量子尺寸效應、小尺寸效應、表面效應等。納米黑磷的制備技術是研究納米黑磷重要的前提和基礎，也是納米黑磷研究者始終關注和研究的重點。目前國內外對納米黑磷的研究主要包括制備方法、微觀結構、宏觀物性以及應用四個方面，而納米黑磷的低成本、規模化制備是納米黑磷能夠大面積推廣和應用的前提，也是目前納米黑磷規模化應用遇到的障礙。除此之外，納米黑磷不穩定的特性也在很大程度上限制了其規模化應用。

即納米黑磷規模化制備技術的不完善以及其不穩定性的限制，嚴重地制約了納米黑磷的低成本、規模化商用。因此，國內外相關研究者正開發納米黑磷的規模化制備技術，與此同時推進納米黑磷在相關領域的應用，上遊制備技術與下遊應用齊頭並進。目前，國內幾乎沒有介紹黑磷、納米黑磷的制備及其應用的書籍，這不利於“黑磷—夢幻材料”的推廣，同時也給初學者和從事納米黑磷開發及應用的研究人員帶來了極大的不便。

本書繫統介紹了國內外黑磷及納米黑磷的制備技術及研究進展，總結並分析了相應的發展趨勢，同時對納米黑磷在相關領域（能源、阻燃、催化、生物醫療、晶體管、傳感器、膜分離、摩擦、超導、熱電、防腐）的應用進行了較全面的論述。書中引用的文獻大部分來源於近十年來行業科研人員的研究成果，有助於讀者（尤其是初學者）了解納米黑磷制備技術及應用發展的趨勢，在此謹向各位作者致以誠摯的謝意。

本書反映了編著者近年來在黑磷、納米黑磷制備技術及應用等方面所做的一些研究工作，希望能與從事相關方面研究的專家學者進行探討與交流，共同推進納米黑磷規模化商用的進程。本書可作為高校、科研院所化學、化工、環境、材料、冶金、新能源等專業學生的參考教材，也可供相關領域研究人員及工程技術人員參考。

本書由廉培超、梅毅、蔣運纔編著。在編寫及出版過程中，得到了化學工業出版社的大力支持和幫助，在此致以衷心的感謝。同時，也感謝研究生吳兆賢、盧曉敏、李雪梅、高琳琳、羅桂紅、馬明福、付姣、牛麗輝、李開鵬對本書的修改及校對。

由於編著者水平有限，加之全書在結構及內容上都融入了編著者的理解及觀點，不足之處在所難免，懇請讀者批評指正。



編著者

2021 年11 月