序号 课题负责人 研究方向和成果1 中国科学院深圳先进技术研究院黑磷研究团队喻学锋、王怀雨课题组 （1）先进研究院喻学锋课题组采用溶剂热方法成功制备了一种超小黑磷量子点，并首次了黑磷量子点材料的非线性光学特性，将其成功应用于超快激光技术中。课题组采用溶剂热方法从黑磷体材料成功制备出横向尺寸约为2纳米的黑磷量子点。该方法不仅能够得到尺寸均一的黑磷量子点，并且能够实现大规模制备，拓展了黑磷量子点在光电领域的应用。此外，该课题组还了黑磷量子点具有比黑磷纳米片更为优异的饱和吸收特性，其调制深度高达30%左右，饱和强度在GW/cm2量级。将黑磷量子点作为可饱和吸收体用于锁模激光器中，在通信波段能产生超短脉冲。该研究表明黑磷量子点由于其自身的量子限定效应，在超快光子学的应用具有巨大的潜力，有望发展成为一种新型的光学功能材料。（2）中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋、王怀雨研发团队在二维材料领域取得新突破，制备出高稳定性黑磷。黑磷却存在着一个致命缺陷：缺乏稳定性。当接触水和氧气时，黑磷层片会在极短时间内氧化进而降解掉。这一缺陷极大地限制了黑磷的研究和工业应用。为解决黑磷的这一“阿喀琉斯之踵”，喻学锋、王怀雨研发团队创造性地提出用配位化学的方法来提高黑磷的稳定性。研发团队设计了一种钛的苯磺酸酯配体，利用钛原子的空轨道和苯磺酸酯的强吸电子效应，该配体可与黑磷的孤对电子对进行配位，从而占据孤对电子，这样磷原子就无法再与氧气发生反应。对比实验表明：与未经修饰的黑磷会迅速降解不同，钛配体修饰的黑磷能在水中和湿度高达95%的潮湿空气中放置数日，而保持光学性能稳定。该修饰技术简单有效，在不改变黑磷晶体结构的前提下，就能极大提高它的稳定性。该研发团队已经在黑磷研发领域申请PCT专利1项、国家发明专利3项，并在积极推进相关技术的产业化。（3）中国科学院深圳先进技术研究院喻学锋研究员与中南大学冶金与环境学院杨英副教授以及物理与电子学院肖思副教授等合作，在黑磷光伏器件应用领域取得重要研究进展。团队利用黑磷量子点的近红外强吸收和高光电转换能力，将黑磷量子点沉积于多孔导电聚苯胺膜表面，制备出可红外光响应的光阴极，与光阳极形成互补的光吸收，将器件的光吸收范围扩展至可见-红外波段，从而组装成可双面进光的准固态染料敏化太阳能电池。电池性能测试结果表明，沉积黑磷量子点后光阴极实现了对低能红外光子的充分利用，并有效增加了器件的光生载流子浓度，从而将太阳能电池的光电转换效率提高了20%。该研究成果表明黑磷量子点在太阳能电池、光伏器件等领域的巨大应用潜力。 2 兴发集团（股票代码600141） （1）中国科学院深圳先进技术研究院的产业化全资子公司深圳中科先进投资管理有限公司（简称深圳中科）与湖北兴发化工集团股份有限公司（简称兴发集团）、重庆中科渝矿创业孵化器有限公司（简称重庆中科）签订了《合资协议书》，三方决定共同投资组建湖北中科墨磷科技有限公司。公司的经营范围包括黑磷及其相关产品研发、生产、销售；黑磷及其相关产品质量检测；黑磷及其相关技术咨询及技术服务。湖北中科墨磷注册资本5000万元人民币，其中兴发集团以现金出资2500万元，占注册资本的50%；深圳中科以知识产权出资2250万元，占注册资本的45%；重庆中科以现金出资250 万元，占注册资本的5%。（2）先进院还与湖北中科墨磷科技有限公司签署成立联合实验室。该联合实验室主要围绕二维黑磷的大规模制备及应用等方面进行前沿技术研究和合作。联合实验室的研究计划为五年，合资公司分期向联合实验室投入研发经费2500万元，其中500万元用于购买相关三项发明专利。3 深圳黑磷光电技术工程实验室主任、深圳大学教授、深圳大学-新加坡国立大学光电协同创新中心张晗教授 石墨烯领域成果：张晗与合作者共同研发出了首台石墨烯超快锁模光纤激光器，制备出了首个基于石墨烯的宽带偏振器；发现了石墨烯在太赫兹波段的非线性响应；实现了基于拓扑绝缘体材料的光纤及固体激光器的宽带锁模或调制黑磷领域成果：张晗团队率先成功建立了针对“黑磷”的液相制备新方法，揭示了黑磷独特的层数依赖拉曼特性和光学非线性，还利用黑磷成功实现了对光纤激光器的锁模；此外，张晗团队还在国际上首次成功制备出大面积稳定的少层黑磷，并且将其应用于先进光电器件；2016年7月份，张晗团队和中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学锋团队合作，在黑磷量子点的制备及超快光子学应用领域取得新进展。4 深圳黑磷实验室 媒体报道：深圳市组建了全国乃至全世界首个黑磷工程实验室，将着手开展大面积、高性能二维黑磷材料的可控制备，研制出先进黑磷电子与光电子器件。5 复旦大学张远波教授课题组 （1）揭示少层黑磷能带结构演变。张远波教授课题组与合作者们运用光学手段系统地研究了黑磷能带结构随层数的变化，并发现了一系列新现象。首先，通过测量黑磷的光学吸收谱首次确定了单层、双层及三层黑磷的带隙分别为1.73eV，1.15eV和0.83eV，这与硅的带隙（1.1eV）和远程通讯（0.8eV）光子能量相匹配；其次，通过进一步测量黑磷的发致发光谱（photoluminescence），发现黑磷的发光峰能量与吸收谱中的吸收边能量高度重合，从实验上首次证明了黑磷的直接带隙特性，并发现其直接带隙特征不随层数发生变化；最后，在两层及多层的黑磷中，研究人员于吸收光谱中高于带隙能量的位置发现了新的共振峰，并通过进一步分析发现它们源于材料中电子在次能级中的跃迁，从而揭示了黑磷能带结构随层数变化的过程，并由此得出了黑磷层间相互作用的强度信息。以上实验结果与理论计算结果吻合。该项实验结果揭示了黑磷的巨大研究和应用潜力。黑磷随层数可调的带隙能量填补了其他二维材料的空白，覆盖了重要的光谱波段，而黑磷的直接带隙特性极大地提高了其光吸收效率，结合它本身的高载流子迁移率，使得黑磷在通讯及能源方面具有重要的潜在应用价值。（2）与中科大陈仙辉教授团队合作，成功地在二维黑磷层晶体实现了场效应晶体管6 斯坦福大学崔屹教授课题组 崔屹课题组将黑磷纳米片沉积在商用聚丙烯隔膜的表面，以通过物理吸附和化学键合的方式增强隔膜对多硫化物的阻碍作用。　　首先通过液相剥离法制备黑磷纳米片。将黑磷分散在NMP中，超声10小时，离心，去除沉淀，得到上清液。将上清液和PVDF混合，真空抽滤到隔膜上，60℃下干燥8小时。因为黑磷易被氧化，所以上述过程都在真空烘箱或手套箱中进行。最后，将黑磷覆盖的隔膜压成片，冲成圆片以备装电池。电池的正极为S，SP，PVDF以8：1：1的比例混合制成。黑磷改性后的隔膜用于锂硫电池中，100圈循环后容量保持率为86%，而石墨烯改性后的隔膜对应的电池的容量保持率仅为66%。黑磷的应用为提高锂硫电池的性能打开了新的大门。7 上海市应用数学和力学研究所江进武教授 江进武教授与合作者一起发现了黑磷（black phosphorus）具有明显的负泊松比现象。该研究成果最近发表于国际著名杂志Nature Communications。黑磷具有天然的纳米褶皱结构，这种独特的褶皱结构导致了黑磷拥有许多独特的物理性质。该工作使用第一性原理计算，揭示了黑磷具有明显的负泊松比现象，并且阐述了负泊松比和纳米褶皱之间的直接联系。对于具有负泊松比的材料，在沿某个方向被拉伸的情况下，在其它方向也会膨胀。这种现象在一些特种装备中具有很好的应用，比如，军用的防弹装备。以前的负泊松比材料大部分都是人工合成的，对材料的微观结构做了人为的构造。而该工作表明，二维黑磷具有纯天然的负泊松比现象，该现象已经被国内外至少3个研究小组重复。8 中国科技大学陈仙辉课题组 （1）复旦大学张远波教授课题组与科大陈仙辉等课题组合作在黑磷器件的质量上取得突破，并首次在高迁移率的黑磷器件中观测到了量子霍尔效应，相关学术论文“Quantum Hall Effect in Black Phosphorus Two-dimensional Electron System”在《自然•纳米技术》（Nature Nanotechnology）上发表。这一发现使黑磷成为了屈指可数的可用于研究量子输运现象的材料体系之一，为进一步研究黑磷中的新奇量子物理现象奠定了基础。复旦大学物理系博士生李力恺和杨昉原分别为论文第一和第二作者。（2）与复旦大学张远波等小组合作，成功地在二维黑磷层晶体实现了场效应晶体管（3）陈仙辉教授研究组首次生产出高质量黑磷单晶9 中南大学冶金与环境学院杨英副教授、物理与电子学院肖思副教授 与中科院深圳先进技术研究院合作，在黑磷光伏器件应用领域取得重要进展，见序号1。10 香港城市大学教授朱剑豪 中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学峰与深圳大学张晗教授、香港城市大学教授朱剑豪合作，成功研发出新型的超小黑磷量子点，并将其作为光热制剂应用于肿瘤治疗中。11 中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心博士后Jinho Choi与微尺度国家实验室崔萍博士 中国科大合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心在二维材料激子效应的理论研究方面取得重要进展，研究人员利用GW-BSE方法计算了单层黑磷、氟化石墨烯、氮化硼等一系列二维材料的激子结合能，并揭示出此类材料的激子结合能与其准粒子能隙之间存在显著的线性标度关系。该研究成果以“Linear Scaling of the Exciton Binding Energy versus the Band Gap of Two-Dimensional Materials”为题于8月7日发表在国际权威物理学杂志《物理评论快报》上，中心博士后Jinho Choi与微尺度国家实验室崔萍博士为共同第一作者。12 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所物质计算科学研究室研究员邹良剑 中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所物质计算科学研究室研究员邹良剑与中国科学技术大学教授陈仙辉研究团队以及香港大学教授沈顺清合作，在静水压调控块体黑磷的电子结构研究方面取得新进展，证明压力下黑磷可以从半导体转变成狄拉克半金属，相关研究结果最近发表在《物理评论B》上【Physical Review B 93, 195434 (2016)】。13 中国科学院上海应用物理研究所的陈济舸副研究员和高嶷研究员 材料各向异性的热输运对于实现本征各向异性的热/热电器件至关重要。普通的体相材料因为声子层间散射会导致热输运的各向同性，因而二维材料被认为是实现层间各向异性的关键。但对于通常的二维材料（石墨烯和二硫化钼等），热输运的各向异性会在衬底支撑下消失，因为衬底导致的各向同性声子散射会抹消二维材料自身的各向异性。　　中国科学院上海应用物理研究所的陈济舸副研究员和高嶷研究员与美国加州大学戴维斯分校化学系的陈顺达研究员合作，发现黑磷烯的热输运在衬底支撑情况下，其各向异性不但不会消失，反而比起悬空情况下增强了近两倍14 燕山大学柳忠元教授、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所曾中明研究员、东南大学的王金兰教授以及中国科学院物理研究所王文洪研究员（ 燕山大学柳忠元教授、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所曾中明研究员、东南大学的王金兰教授以及中国科学院物理研究所王文洪研究员（共同通讯作者）等人的研究表明掺杂碲（Te）可以有效地提高BP器件的输运性能和环境稳定性。其制备出的Te掺杂黑磷纳米片场效应晶体管器件具有在室温下达1850 cm2 V-1 s-1的高迁移率。这一研究表明，适当的元素掺杂是很有效的遏制BP在环境下退化的方案，而且它可能能够加快落实BP在未来光电/电子器件设备中的应用。研究表明，元素掺杂展现了一种富有吸引力的制备高性能和更稳定的黑磷纳米片场效应晶体管器件的方法。通过掺杂Te，制备的BP器件具有高达1850 cm2 V-1 s-1的载流子迁移率，几乎是体材料在是室温下的两倍。更值得注意的是，Te掺杂BP器件展现出优异的对抗环境退化的能力，并在经历了21天的环境暴露后保持> 200 cm2 V-1 s-1的迁移率以及≈500的电流开关比。15 新加坡南洋理工大学刘政团队 新加坡南洋理工大学刘政团队近年对2D/3D无机/有机异质结进行了系统的研究，包括MoS2/Rubrene PN异质结（Advanced Functional Materials, DOI: 10.1002/adfm.201502316），2D/Organic Perovskite异质结（Advanced Materials, DOI: 10.1002/adma.201503367）。在这些工作的基础上，进一步设计出基于二维材料（黑磷，black phosphorus）和三维过渡金属氧化物（钛酸锶, SrTiO3）的2D/3D无机/无机异质结，实现了优越的光电性能。黑磷是目前备受关注的二维材料之一。黑磷具有载流子迁移率高，光学电学各项异性等特性。其光学带隙受层数影响，在可见-紫外范围内调节，有利于实现宽带光电探测器件。钙钛矿结构的钛酸锶是广泛应用于氧化物膜生长的衬底材料，基于钛酸锶的氧化物异质结也是氧化物研究领域的热点，比如在铝酸镧和钛酸锶界面金属性、超导以及铁磁性等等。通过与钛酸锶联姻，二维黑磷的光电响应度得到了极大的提高,比之前报道提高了五个量级。同时黑磷-钛酸锶异质结表现出了良好的持久光电导现象，在低温50K时观测不到明显弛豫现象。并且这种架构可以通过不同的波长实现开关效应：当紫外光照射时，异质结电导显著下降；而在红光照射下，电导开始增加，最终恢复到紫外光照之前的水平。光电导的开光比可以达到105量级。最后作者利用基于黑磷-钛酸锶界面的光生载流子输运模型对这一实验结果现象进行很好的解释。 黑磷-钛酸锶异质结不仅可以用于开发高性能光电探测以及信息存储器件，也为二维材料与过渡金属氧化物结合的研究打开了新思路。（东海神龙整理，后续根据黑磷研究和产业化进展陆续补充）

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