1  緒論  001
1.1  引言  002
1.2  白磷基本結構與性質  003
1.3  紅磷基本結構與性質  008
1.4  黑磷基本結構與性質  011
1.4.1  黑磷的結構  011
1.4.2  黑磷的物理性質  012
1.4.3  黑磷的化學性質  015
參考文獻  017

2  白磷的活化與應用Ⅰ  023
2.1  引言  024
2.2  有機小分子與白磷的反應  029
2.3  親核試劑與白磷的反應  031
2.4  卡賓類化合物與白磷的反應  045
2.5  自由基類化合物與白磷的反應  050
2.6  正離子類化合物與白磷的反應  053
參考文獻  055

3  白磷的活化與應用Ⅱ  063
3.1  金屬單質與白磷的反應  064
3.2  低價金屬配合物與白磷的反應  064
3.3  金屬氫化物與白磷的反應  077
3.4  光化學活化白磷  080
3.5  電化學活化白磷  082
3.6  白磷活化產物的轉化與應用  083
3.7  白磷活化的發展趨勢  087
參考文獻  087

4  紅磷的應用  095
4.1  引言  096
4.1.1  紅磷的結構  097
4.1.2  紅磷的化學反應活性  100
4.2  紅磷在材料科學中的應用  101
4.2.1  火柴中的應用  102
4.2.2  防火材料的應用  103
4.2.3  作為合成助劑  107
4.2.4  在電池中的應用  109
4.3  紅磷作為磷源在合成化學中的應用  115
4.3.1  烯烴類化合物的膦化反應  116
4.3.2  鹵代烴類化合物的膦化反應  121
4.3.3  與炔烴反應  127
4.3.4  環氧乙烷類化合物的膦化反應  129
4.3.5  NaPH2的制備  130
4.4   紅磷應用的展望  132
參考文獻  135

5  黑磷的制備  145
5.1  引言  146
5.2  黑磷晶體的制備  147
5.2.1  高壓法  147
5.2.2  液態鉍共熔法  148
5.2.3  低壓氣相傳輸礦化法  150
5.3  黑磷多晶的制備  155
5.4  黑磷薄膜的制備  156
5.4.1  在柔性基底上制備黑磷薄膜  156
5.4.2  以藍寶石作襯底合成黑磷薄膜  157
5.5  黑磷烯的制備  158
5.5.1  機械剝離法  158
5.5.2  液相剝離法  160
5.5.3  化學氣相沉積法  169
5.6  黑磷納米帶的制備  169
5.7  本章小結  170
參考文獻  171

6  黑磷的表面改性  175
6.1  引言  176
6.2  黑磷表面改性的原因  176
6.3  黑磷表面改性方法的分類  179
6.3.1  黑磷的物理改性方法  179
6.3.2  黑磷表面的化學改性  182
6.4  總結和展望  192
參考文獻  193

7  黑磷的應用Ⅰ：微電子與光電子領域  197
7.1  引言  198
7.2  黑磷場效應晶體管  200
7.2.1  功能化摻雜制備高性能黑磷晶體管  202
7.2.2  改善接觸制備高性能黑磷晶體管  205
7.2.3  更換電介質獲得高性能黑磷晶體管  208
7.3  黑磷傳感器  210
7.3.1  黑磷光電探測器  210
7.3.2  黑磷氣體傳感器  215
7.3.3  黑磷濕度傳感器  218
7.3.4  黑磷離子傳感器  221
7.3.5  黑磷生物傳感器  223
7.4  黑磷異質結器件  224
7.4.1  黑磷-TMDs  226
7.4.2  黑磷-石墨烯  229
7.4.3  黑磷-氮化硼  231
參考文獻  233

8  黑磷的應用Ⅱ：能源催化領域  237
8.1  引言  238
8.2  黑磷在電催化領域的應用  240
8.2.1  析氫反應  241
8.2.2  析氧反應  244
8.2.3  乙醇氧化反應  246
8.3  黑磷在光催化領域的應用  248
8.3.1  光催化產氫  249
8.3.2  二氧化碳光還原  251
8.3.3  加氫反應  252
8.3.4  光催化有機染料降解  254
8.4  黑磷在儲能器件領域的應用  258
8.4.1  鋰離子電池  260
8.4.2  鋰硫電池  271
8.4.3  鈉離子電池  273
8.4.4  超級電容器  277
8.5  黑磷在太陽能電池領域的應用  284
8.5.1  光伏器件  285
8.5.2  太陽能電池  286
參考文獻  295

9  黑磷的應用Ⅲ：生物醫藥領域  303
9.1  引言  304
9.2  黑磷生物學應用前提  305
9.3  黑磷在抗腫瘤領域的應用  309
9.3.1  光熱治療/光動力治療  310
9.3.2  藥物載體  316
9.3.3  黑磷自身的抗腫瘤活性  319
9.3.4  診療一體化趨勢  324
9.4  黑磷在抗菌方面的應用  331
9.5  黑磷在組織工程方面的應用  335
9.6  黑磷在生物檢測方面的應用  338
9.6.1  氣體檢測  339
9.6.2  生物大分子檢測  343
9.6.3  液/固相無機物檢測  349
9.7  黑磷在其他生物方面的應用  355
參考文獻  358

10  磷單質研究展望  365
10.1  引言  366
10.2  單質磷同素異形體的再發現  367
10.2.1  其他構型的磷單質  367
10.2.2  其他形狀的磷單質  374
10.2.3  發展迅猛的磷復合材料  375
10.3  磷科學與磷化工  376
10.4  結語  378
參考文獻  379

縮寫說明  382

索引    384

磷是一種難以再生的重要非金屬礦資源，也是生命物質的重要成分，磷礦資源的保護、開發、利用有著重要戰略意義。實現磷資源的高附加值應用，推動磷科學可持續發展，將有力地支撐我國先進制造2030和碳中和事業。從1669年發現白磷至今，多種不同結構的磷單質逐漸被發現。其中白磷、紅磷和黑磷是主要的同素異形體，在軍事、化工、微電子、能源、生物醫藥等眾多領域均有所應用。例如，由於白磷燃點較低，曾被用於燃燒彈、煙罐和煙幕彈等武器的核心原料；紅磷常作為阻燃劑添加於無機物或高分子材料當中；黑磷是熱力學穩定性最好的一種磷單質，剝離得到的黑磷納米片、量子點呈現出獨特的理化特性，有望應用於光電器件、能源催化、生物醫藥、生化檢測等諸多領域。黑磷的發現不僅拓展了單質磷材料的應用邊界，豐富了無機磷功能材料的研究意義，也進一步提升了磷資源的應用價值。隨著單質磷材料相關研究的進一步繫統化、完整化，無機磷材料對於人類社會的發展將產生更為深廣的影響。
本書共10章，總結了磷單質科學在基礎與應用領域所取得的新成果。主要內容為：白磷的活化與應用；紅磷的應用；黑磷的制備；黑磷的表面改性；黑磷在微電子與光電子領域、能源催化領域、生物醫藥領域的應用；磷單質研究展望。
本書的編寫參考了國內外的有關科技著作、相關教材和研究論文等資料，每章均列出了參考文獻，在此向原著及出版機構表示衷心的感謝。
編寫過程中也得到了相關科技人員的指導，在此表示衷心的感謝！也誠懇地希望讀者給予斧正。

編著者
2023年2月