#二维材料#CVT化学气相传输法制备黒磷单晶
作为已经火热几年的经典二维材料，石墨烯的研究方兴未艾，石墨烯行业尚处于资本和产业“群雄逐鹿”时代。然而，另一种与石墨烯类似的新型单元素二维原子晶体材料——黑磷被发现，黑磷具有诸多媲美石墨烯的优异特性，故被称为比肩石墨烯的“梦幻材料”。黑磷的研究和应用才刚开始，可以预见不久的将来，它将成为“第二个石墨烯”。
黑磷、白磷和红磷互为同素异形体，位于元素周期表第15位，元素符号P。黑磷因其具有黑色金属光泽而著称，英文名称BlackPhosphorus，简称BP，它可通过白磷或红磷在高温高压作用下转化而形成，也可通过CVT法制备的。
黑磷具有正交结构，且是反应活性最低的磷同素异形体。在常温常压下是一种热力学稳定的磷的同素异形体，因此黑磷难以制备，一般是通过将白磷在高压条件下(atm)加热制得，黑磷是一种二维直接带隙半导体，具有优异的光电特性，但是在自然环境下极易被氧化分解，并吸水发生潮解，表面形成磷酸。这严重阻碍了对黑磷本征物理、化学性质的深入研究和应用开发。
黑磷难以制备，难以保存。目前可以红磷为原料，采用高温高压法制备，然后将得到的黑磷块体剥离成可制备纳米材料的原子厚度的薄片，但由于温度和压力不易控制，且剥离过程产率较低，合成黑磷纳米片的成功率不高。而更不幸的是，黑磷暴露在空气中后，就会和空气中的水蒸气和氧气反应，性能就会大打折扣。
CVT化学气相传输法是目前广为使用的一种制备高质量黑磷体块单晶的方法。近日，清华大学化学系严清峰课题组总结了近年来化学气相传输法生长黑磷单晶的研究进展，介绍了化学气相传输法生长黑磷单晶所涉及的反应体系、黑磷单晶的生长机理、黑磷单晶的掺杂改性等，对该领域面临的问题和挑战提出了看法，并对化学气相传输法直接制备磷烯的前景进行了展望。是维SHIWEI专注材料生长、器件制备及工艺处理解决方案。
二维黑磷的制备分为两部分，首先是块状黑磷的制备，其次是二维黑磷的制备。
如何通过CVT气相输运法制备二维黑磷材料？
区别CVD化学气相沉积法制备二维材料（在真空管式炉下游放一片基板，让气相材料在基板上沉积下来），气相输运法制是一种高效快捷，低成本的制备二维黑磷方式，首先将红磷P单质和少量输运介质(如碘单质I2或碘化锡SnI4)放入石英管中，进行抽真空密封，随后置于双温区高温炉内，通过精确控制升温和降温程序，经5-7天即可得到黑磷块体。最后通过液相剥离法，把黑磷体放进溶液里，超声数小时后即得到二维黑磷烯。值得注意的是，红磷具有较高饱和蒸汽压，在CVT高温合成黑磷的过程中极易发生石英管破裂的问题。
为提高黑磷块体制备的成功率，可减少或控制石英管中红磷和输运介质的载入量，并采用壁厚较大的石英管进行高真空密封。同时如果温度不准确或者原料配比不对，红磷在高温下极易向白磷5/9转变，白磷燃点低，极易在砸管取样的时候发生自燃，燃烧样品，产生有毒烟雾，影响实验以及实验人员安全。