資料來源:《美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》(2023)。DOI: 10.1021 / jacs.3c03230

倫敦大學(xué)學(xué)院的研究人員發(fā)明了一種由磷和砷合金制成的單原子厚度的帶狀材料，這種材料可以顯著提高電池、電容器和太陽能電池等設(shè)備的效率。

該研究小組于2019年發(fā)現(xiàn)了磷納米帶。據(jù)預(yù)測(cè)，這種“神奇材料”將改變從電池到生物醫(yī)學(xué)傳感器的各種設(shè)備，并已被用于延長鋰離子電池的壽命和提高太陽能電池的效率。

然而，純磷材料的導(dǎo)電性不是很好，阻礙了它們?cè)谀承��?yīng)用中的使用。

在發(fā)表在《美國化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上的這項(xiàng)新研究中，研究人員創(chuàng)造了由磷和微量砷制成的納米帶，他們發(fā)現(xiàn)這種納米帶能夠在-140°C以上的溫度下導(dǎo)電，同時(shí)保留了純磷帶的高度有用的特性。

作者亞當(dāng)·克蘭西博士(UCL化學(xué))說:“早期的實(shí)驗(yàn)工作已經(jīng)顯示了磷納米帶的非凡前景，這是我們UCL團(tuán)隊(duì)在2019年創(chuàng)造的。例如，在2021年，有研究表明，將納米帶作為一層添加到鈣鈦礦太陽能電池中，可以讓電池利用更多來自太陽的能量。

“我們?cè)诹准{米帶與砷合金方面的工作開辟了進(jìn)一步的可能性，特別是改善電池和電容器的能量儲(chǔ)存，以及增強(qiáng)醫(yī)學(xué)中使用的近紅外探測(cè)器。

“砷磷帶也被證明是磁性的，我們認(rèn)為這是來自邊緣的原子，這使得它們對(duì)量子計(jì)算機(jī)也有潛在的興趣�！�

“更廣泛地說，這項(xiàng)研究表明，合金是一種強(qiáng)大的工具，可以控制這種不斷增長的納米材料家族的性能，從而應(yīng)用和潛力。”研究人員表示，同樣的技術(shù)可以用來制造將磷與其他元素如硒或鍺結(jié)合在一起的合金。

為了在鋰離子或鈉離子電池中用作陽極材料，磷納米帶目前需要與碳等導(dǎo)電材料混合。通過添加砷，碳填充物不再是必要的，可以被移除，提高了電池可以儲(chǔ)存的能量和充電和放電的速度。

同時(shí)，在太陽能電池中，砷磷納米帶可以進(jìn)一步改善通過器件的電荷流動(dòng)，提高電池的效率。

這種納米帶可以在液體中大規(guī)模生產(chǎn)，然后以低成本批量應(yīng)用于不同的應(yīng)用。

磷納米帶是由克里斯·霍華德教授(倫敦大學(xué)學(xué)院物理與天文學(xué))領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)在倫敦大學(xué)學(xué)院發(fā)現(xiàn)的。自2014年分離出二維磷烯片以來，已有100多項(xiàng)理論研究預(yù)測(cè)，通過制造這種材料的窄帶，可能會(huì)出現(xiàn)新的令人興奮的特性。