當然我們不能拿火柴頭上的紅磷來使用，普通的磷需要通過特殊的工藝制成單層或者少層二維材料，磷烯具有和石墨烯相似的結(jié)構(gòu)，磷烯中的磷原子會形成SP3雜化。與石墨烯優(yōu)異的導電性不同，磷烯是一種半導體材料，相比于其他二維材料如石墨烯、MoS2等，磷烯材料的各項參數(shù)雖然不是最優(yōu)秀的，但是其各項指標都相對平衡，因此保證了磷烯材料具有良好的特性，并且磷烯具有可調(diào)節(jié)能帶間隙這一屬性，這就使得其具有更為廣闊的應用范圍，例如晶體管、儲能、超級電容、記憶元器件和太陽能發(fā)電等，因此磷烯吸引了廣泛的關(guān)注。特別是其在鋰離子電池/鈉離子電池，晶體管電子元器件和下一代太陽能電池等領(lǐng)域具有十分廣闊的應用前景。今天小編就帶大家了解一下磷烯材料在這三個領(lǐng)域的應用，以及磷烯材料的幾種制備工藝。

在過去的十多年里，人們已經(jīng)對黑磷材料進行了廣泛的研究，以期將磷材料用于鋰離子電池領(lǐng)域。研究發(fā)現(xiàn)每個P原子可以與3個Li+反應，生成Li3P材料，理論比容量為2596mAh/g，電壓范圍為0.4-1.2V，具有極大的應用潛力。但是與其他高容量鋰離子電池負極材料一樣，在充放電循環(huán)過程中磷材料的容量會發(fā)生快速衰降，這主要是因為磷材料在嵌鋰過程中體積膨脹過大（300%）造成的。為了克服這一難點，可以將納米磷材料與石墨進行機械混合，由于P和石墨之間會形成很強的C-P鍵，因此顯著的改善了材料的循環(huán)性能，其首次充電容量可以達到2786mAh/g（0.2C），循環(huán)100次后，容量保持率可達80%以上。

這是基于普通黑磷材料的研究，關(guān)于磷烯材料的儲鋰特性研究還比較少，Li等人研究了磷烯材料后認為其具有以下幾大優(yōu)勢，1）Li和P之間具有很強的鍵；2）Li原子在寡層磷烯的Z方向的擴散能量阻礙只有0.08eV，這使得磷烯材料具有非常高的Li+擴散速率，要比Li+在MoS2和石墨中的擴散速率快100到10000倍，非常適合快充鋰離子電池。3）磷烯層間的擴散阻力較大，達到0.68eV，避免了Li+在層間擴散；4）采用磷烯材料的鋰離子電池電壓平均達到2.9V以上；5）Li+嵌入的磷烯內(nèi)部時，可以使得磷烯從半導體材料向金屬性質(zhì)轉(zhuǎn)變，顯著提高材料的導電性。

這幾大優(yōu)勢使得磷烯材料在鋰離子電池上十分具有應用潛力。但是目前針對磷烯在鋰離子電池上的應用研究還較少。鋰資源的稀缺性使得人們逐漸將注意力轉(zhuǎn)移到了鈉離子電池上，磷烯材料在鈉離子電池上也具有優(yōu)異的性能，例如Cui的團隊，利用液相剝離法制備磷烯材料，并在NMP中使磷烯與石墨烯材料發(fā)生自組裝，形成了獨特的三明治結(jié)構(gòu)，該工藝制備的磷與石墨烯復合材料的在鈉離子電池表現(xiàn)出了良好的特性，在0.02C下可以獲得2440mAh/g的可逆容量，循環(huán)100次后，仍然能夠保持2080mAh/g的比容量，表現(xiàn)出了良好的循環(huán)性能，石墨烯和磷烯兩大高端材料的結(jié)合，表現(xiàn)出了十分優(yōu)良的電化學性能。相信隨著研究的不斷深入，磷烯材料在儲能領(lǐng)域，特別是在鈉離子電池和鋰離子電池方面，會發(fā)揮更大的潛力，成為一種性能優(yōu)異的鋰離子電池負極材料。