黑磷（Black Phosphorus）是一种新型的二维材料，相对于其他二维材料，黑磷的载流子迁移率更高，能够实现更快速的电子传输，从而在高速电子器件中展现出巨大潜力。此外，黑磷具有优异的生物相容性、生物降解性以及良好的光热效应，在生物医学领域优势逐渐凸显。近年来的研究发现，黑磷作为一种在钾离子电池中具有高理论容量的有前景的负极材料正崭露头角。
本期小丰整理了近期黑磷在光电探测器、骨修复和钾离子电池领域的研究进展，一起看下吧~
Advanced Functional Materials
黑磷实现新型室温中红外光电探测器高性能突破
黑磷作为一种层状材料，具有厚度可调的带隙（0.3至2.0eV）和各向异性的光吸收特性，使其在中红外和近红外区域表现出优异的光电性能。然而，纯黑磷基探测器的性能仍然受到吸收率和量子效率的限制，尤其是在零偏压下的中红外探测中表现不佳。
2025年2月20日，Advanced Functional Materials报道研究人员成功设计并制造了一种垂直黑磷肖特基光电二极管，能够在室温下实现高效的中红外光探测。
该器件的核心结构由一层约200nm厚的黑磷纳米片夹在顶部几层石墨烯（FLG）和底部银（Ag）薄膜之间组成。这种设计不仅减少了串联电阻，还通过谐振腔实现了近完美的光吸收。实验表明，200nm厚的黑磷纳米片在3.7μm波长下的吸收率高达98%。
此外，通过肖特基接触和欧姆接触的设计，研究团队进一步提高了光生载流子的分离和收集效率。肖特基接触在银-黑磷界面处形成了内置电场，促进了电子和空穴的有效分离，而石墨烯电极的欧姆接触则确保了载流子的高效收集。
该黑磷肖特基光电二极管在室温下表现出极高的灵敏度，峰值响应度达到1.23A/W，探测率高达2.2×109cm Hz1/2W-1。在3.6μm波长下，器件的外部量子效率（EQE）达到了42%，内部量子效率（IQE）更是高达52%。这些性能指标在基于二维材料的零偏压中红外探测器中处于领先水平。
这一突破性成果不仅解决了传统红外探测器需低温操作的难题，还显著提升了量子效率，为红外探测技术在医疗成像、通信、安防等领域的广泛应用铺平了道路。
文献名称：Vertical Black Phosphorus Photodiodes with High Quantum Efficiency for Mid-Infrared Detection at Room Temperature
Advanced Healthcare Materials
用于骨缺损修复的改良黑磷纳米复合水凝胶
骨组织工程正在成为移植物等传统疗法的有前途的替代品。纳米生物材料通过促进细胞分化来增强成骨细胞对恶劣环境的抵抗力。其中黑磷作为生物医学中的一种新型2D材料，具有独特的成骨和抗菌特性。然而，BP纳米片仍然面临如快速降解和高剂量细胞毒性的临床应用局限性。为了解决这些问题，
2025年1月2日，期刊Advanced Healthcare Materials报道研究人员通过共组装方法构建了由SiPc-NH2固定的BP纳米片组成的复合水凝胶，获得了很好的成骨和抗菌效果。
在该项工作中，研究人员利用BP和SiPc-NH2的逐步共组装成功设计了自修复水凝胶。SiPc-NH2作为BP纳米片的“结构稳定剂”，减少了BP纳米片的氧化降解，增强了其分散性，在高浓度下仍能保持良好的生物相容性，并增强了光热转化，此外 ，SiPc-NH2减少了黑磷表面的负电荷，促进了与带负电荷细菌的相互作用，提升了抗菌效果，从而协同保证了成骨和抗菌性能。
进一步的研究结果表明，复合水凝胶显著促进了成骨分化和骨再生。通过调节Hippo和Wnt信号通路之间的串扰，BP-SiPc-NH2影响了线粒体稳态和分化，从而促进了成骨过程。
该项工作展示了一种基于线粒体形态的BP-SiPc-NH2策略在骨修复应用中前景广阔。
文献名称：Improved Black Phosphorus Nanocomposite Hydrogel for Bone Defect Repairing: Mechanisms for Advancing Osteogenesis
Nano Energy
为高能量和快速充电的钾离子电池定制黑磷纳米结构
黑磷作为一种二维层状材料，由于其相对较大的层间间距和较高的电导率，在可充电钾离子电池（PIBs）中受到了广泛的关注。然而，低电压和有限的可逆容量、高的脱溶剂化势垒以及电解质，固体电解质界面（SEI）和负极中较差的离子传输动力学严重影响了BP负极的实际商业可行性。
2024年12月6日，期刊Nano Energy报道研究者通过优化黑磷的结构/组成或界面性能有望解决这个问题。在该项工作中，研究人员首先提出了精确定制的吸附阀控制器和定向面暴露的协同耦合策略，从垂直吸附和（040）面选择性吸附的有利削弱中精确制备薄BP基纳米结构。
然后，将这种薄BP纳米结构封装到中空的NBC基质中，并进一步用柔性CA分子进行修饰，从而产生具有高空气稳定性的多孔CoNBC@BP@CA。由于拓宽了电化学窗口，加速了电解质/界面/负极级联中的K+输运动力学，并且由于良好的自旋轨道耦合效应加快了反应动力学，该材料具有高能量密度和优异的倍率性能。
此外，优化后的界面性能抑制了不良副反应，循环500次后容量保持率达到70.1%。在48.06Wkg-1的功率密度下，整个装置显示出230Whkg-1的高能量密度，以及40倍的电流冲击下61.6%的高容量保持率，和-50℃的低温适应性。
这验证了协同化学/电化学设计方案的实际应用潜力，薄BP纳米结构的负极可以同时实现具有高能量以及快速充电的稳定的PIBs。
文章名称：Tailoring black phosphorus nanostructures for high-energy and fast-charging potassium ion batteries: A chemicophysical/electrochemical design strategy
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