化學(xué)家可以在工業(yè)和實驗室合成有機化學(xué)過程中合理地調(diào)節(jié)分子和官能團的反應(yīng)性。該概念可以應(yīng)用于包括二維(2-D)黑磷(BP)納米片的無機納米材料。例如，當不使用該化合物時，科學(xué)家可以“關(guān)閉”幾層或單層黑磷的高反應(yīng)性，以在使用時恢復(fù)其活性。在現(xiàn)在發(fā)表在《科學(xué)進展》上的新報告中，劉曉和物理，生物材料，化學(xué)工程和生物化學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家團隊開發(fā)了一種基于保護性化學(xué)的方法來調(diào)節(jié)黑磷的反應(yīng)性。

為了啟動保護步驟，它們將鋁陽離子(Al 3+)與來自黑磷(BP)的孤對電子結(jié)合，并降低了黑磷表面的電子密度。他們通過在黑磷/鋁(BP / Al 3+)共軛體上疏水化(憎水)1,2-苯二硫醇(BDT)的自組裝完成了一個抗氧/防水層工藝。該保護步驟產(chǎn)生了具有低反應(yīng)性的穩(wěn)定化合物。通過使用螯合劑處理工藝，Liu等人。隨后實現(xiàn)了BP / Al 3+的脫保護/ BDT復(fù)合物可從黑磷表面去除鋁陽離子和BDT。這樣，他們使用去保護過程恢復(fù)了黑磷的電子密度，以恢復(fù)對化合物的反應(yīng)性。

調(diào)整納米材料的特性

劉等。合理地開發(fā)了一種基于化學(xué)保護性的方法來控制黑磷在此過程中的反應(yīng)性。在納米科學(xué)中，研究人員可以精確地調(diào)整納米材料的特性以獲得所需的特性。調(diào)節(jié)納米材料的反應(yīng)性對于多步可編程應(yīng)用至關(guān)重要。可以保護某些納米材料以降低其在特定條件下的反應(yīng)性，并在成功脫保護后恢復(fù)其活性。因此，研究人員提出了一系列選擇性和有效的策略來調(diào)節(jié)有機化學(xué)中官能團的反應(yīng)性。

然而，由于缺乏相似的官能團，現(xiàn)有的公認的有機保護-脫保護方法不能應(yīng)用于無機納米材料。結(jié)果，仍然需要開發(fā)一種有效且簡單的方法來控制無機材料的反應(yīng)性。為此，研究小組開始將黑磷與鋁陽離子(Al 3+)結(jié)合，以降低表面電子密度并有效降低其反應(yīng)性。在黑磷和Al 3+陽離子存在的情況下，保護過程產(chǎn)生了疏水(憎水)的1,2-苯并二硫醇(BDT)分子，從而提供了超穩(wěn)定的絡(luò)合物(BP / Al 3+/ BDT)。該化合物在環(huán)境條件下穩(wěn)定達兩個月之久，沒有變化。該團隊可以通過螯合劑處理來保護不穩(wěn)定的復(fù)合物。

BP / Al 3+ / BDT化合物的合成與表征

劉等。按照先前開發(fā)的方法合成和表征(測試)塊狀黑磷(BP)。該團隊首先通過超聲處理分子的粉末形式獲得BP納米片，然后使用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡(TEM)觀察BP的大小。高分辨率TEM也提供了對納米片結(jié)構(gòu)的洞察力，原子力顯微鏡顯示了BP的厚度，其中磷光體層有4至6個單獨的層。利用X射線衍射和拉曼光譜，研究小組確定了BP的晶體特性與其本體形式相似。Liu等人在陽離子結(jié)合到BP表面的保護步驟中。在乙醇溶液中將BP與氯化鋁(AlCl 3)混合。然后他們利用X射線光電子能譜表征了Al 3+陽離子成功附著在BP表面上以增強對BP的保護作用。該團隊觀察了該化合物的納米形態(tài)，并使用掃描透射電子顯微鏡(STEM)研究了表面構(gòu)象，并通過傅立葉變換紅外(FTIR)光譜和質(zhì)子核磁共振進一步驗證了其結(jié)構(gòu)。(1 HNMR)。

劉等。通過在材料科學(xué)中采用多種光學(xué)技術(shù)來研究BP / Al 3+ / BDT配合物的反應(yīng)性，以了解其結(jié)構(gòu)。相應(yīng)的圖像顯示了在環(huán)境條件下晶體結(jié)構(gòu)的演變和長期穩(wěn)定性。BP / Al 3+的穩(wěn)定性/ BDT復(fù)合物優(yōu)于單獨的黑磷，結(jié)果突出了將黑磷嵌入化合物中的實用性。該團隊將復(fù)雜結(jié)構(gòu)的反應(yīng)性降低歸因于兩個因素。首先，結(jié)合黑磷表面的鋁陽離子具有較低的化學(xué)反應(yīng)性。其次，黑磷表面上的自組裝疏水致密陣列將分子與氧氣和水中隔離，以防止進一步降解，從而提高了化合物的穩(wěn)定性。

脫保護BP / Al 3+ / BDT化合物

研究小組通過從化合物表面去除鋁陽離子來使超穩(wěn)定的復(fù)合物脫保護。他們使用常規(guī)的金屬離子螯合劑-乙二胺四乙酸鈉(EDTA-4Na)完成了這一步驟。在此過程中，Liu等。還去除了疏水性的BDT分子和鋁陽離子，從而獲得了具有負Zeta電位的親水(憎水)表面，其形式類似于原始的黑磷分子。保護性-去保護性調(diào)節(jié)過程使科學(xué)家可以可逆地控制黑磷的反應(yīng)性。結(jié)果表明在實踐中有效調(diào)節(jié)分子反應(yīng)性的能力。

外表

這樣，Xiao Liu和他的同事開發(fā)了一種新的基于化學(xué)保護性的方法，可以合理地調(diào)節(jié)黑磷(BP)的反應(yīng)性。在保護步驟中，它們將鋁陽離子(Al 3+)與BP上的孤對電子結(jié)合，以降低其表面電子密度。該保護步驟增強了BP / Al 3+共軛物表面上的疏水(憎水)1,2-苯并二硫醇(BDT)的功能，從而形成致密的疏水層，從而大大降低了黑磷的反應(yīng)性。然后，研究小組使用螯合劑將黑磷中的鋁陽離子去除，從而將分子還原為原始的高電子密度，親水(憎水)表面。脫保護的BP在其原始狀態(tài)下顯示出高反應(yīng)性。該方法提供了一種可調(diào)節(jié)的方法來控制BP的反應(yīng)性，這是常規(guī)功能很難實現(xiàn)的?？梢蕴剿鬟@種保護策略來調(diào)節(jié)納米材料的反應(yīng)性，以創(chuàng)建用于材料科學(xué)應(yīng)用的未來可編程納米結(jié)構(gòu)。