紫磷

化学物质

紫磷最早于1865年由Hittorf提出。当时观察到的是紫色，所以命名为紫磷，其结构于1969年给出。这之后一直没有相关合成晶体的实验数据，因而紫磷几乎未被探索。

定义

紫磷的基本组成单元是由-P2-P8-P2-P9-循环构成的管状结构，该管状结构平行排列成一个平面，构成一系列平行平面，上下两个相邻的平面间管状结构走向互相垂直，两个平行面间相邻的两个垂直排列的管状结构之间通过最近邻的两个P9的顶点原子互相连接构成紫磷烯，紫磷烯沿着c周方向AB堆垛构成紫磷结构。紫磷在成功合成单晶结构之前数据少见的磷的同素异形体，甚至有些研究者认为可能紫磷根本不存在，只是合成过程中的一种过渡态,直到2019年通过化学气相转移法成功合成宏观尺寸的紫磷单晶。

紫磷的研究进展

1865年，德国科学家希托夫（Hittorf）从熔融铅中发现紫色磷。

1969年，德国科学家瑟恩和克雷布斯报道了其晶体结构，但是没有合适尺寸的单晶实验数据。

2019年，西安交通大学张锦英课题组张丽辉博士生首次合成宏观尺寸单晶，并通过机械剥离和液体剥离的方法首次获得紫磷烯。紫磷和紫磷烯都比黑磷与黑磷烯更稳定，进一步验证了紫磷是最稳定的磷同素异形体。而且通过化学气相传输方法，制备了高结晶和高纯度的紫磷晶体，调整合成参数使其产率高达80%；并通过温度和时间参数对形核、晶体尺寸的影响，以及紫磷晶体周围的结构特征提出了相应的合成机理。

紫磷是另一种层状磷同素异形体。通过胶带剥离将紫磷烯转移到金和二氧化硅基底上分别测试了其表面功函数，发现其功函数的数值随层数和基底的变化而发生变化。紫磷烯在导体金基底上可以避免表面电荷聚集，所测的表面功函数更接近于原始值，所测得单层紫磷烯的功函数为5.16eV，随着层数增加而降低，最后趋于4.8eV。

由于超薄层紫磷烯难以避免受基底材料杂化作用使实验值偏离原始值，通过多种计算方法发现SCAN-rVV10的计算方法最接近材料原始值。同时通过SCAN-rVV10的计算方法计算出不同层数紫磷烯的导带底（CBM）和价带顶（VBM），并与一些常见金属和半导体作比较，为后续的异质结构设计提供理论依据。

通过胶带剥离将紫磷烯转移到带有孔结构的二氧化硅基底（电子束光刻制备）上测试其力学性能，发现具有交叉结构的紫磷烯二维材料是截至2021年报道的所有二维结构中抗变形能力最强的，具有最高的二维弹性模量，少层紫磷烯具有极高的二维杨氏模量，通过推导估算单层紫磷烯的二维杨氏模量为1512 N/m，多层紫磷的本征杨氏模量为315 GPa，这主要是因为紫磷烯二维交叉结构可以很好地分散施加载荷。

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