纳米黑磷在储能、催化、生物医药、传感器、太阳能电池等领域展现出很好的应用前景,而如何高效制备纳米黑磷是其应用的关键。另外,研究表明不同结构形貌的纳米黑磷将具有不同的性能和应用领域。因此,开发新型结构的纳米黑磷,有望提升纳米黑磷的性能,拓宽其应用领域。此外,纳米黑磷的应用还受限于其不稳定性。本文围绕纳米黑磷的高效制备及其稳定性开展研究工作,开发了纳米黑磷的高效制备方法,并制备出了一种新型结构的纳米黑磷——打孔黑磷烯,结合材料复合技术及键合作用改善了纳米黑磷的稳定性,具体研究工作如下:(1)通过液氮辅助的方法制备出了黑磷量子点。采用SEM、TEM、XRD、拉曼、UV-vis吸收光谱等技术对制备的黑磷量子点进行了表征、分析,相关研究结果表明黑磷量子点的横向尺寸约为10 nm。该方法以绿色无污染的液氮为插层剂,通过液氮快速气化产生的巨大冲击力,将黑磷撕裂为黑磷量子点。因此,该方法具有绿色环保、省时高效、简单易操作、无杂质引入等优点。(2)采用外场辅助的方法首次制备出一种新型纳米黑磷——打孔黑磷烯。采用SEM、TEM、XPS、XRD、AFM、拉曼、UV-vis吸收光谱等技术对制备的打孔黑磷烯进行了表征。相关研究结果表明,打孔黑磷烯的整体尺寸约为3μm长,2μm宽,孔尺寸为几纳米到几十纳米不等,厚度为1~2 nm(约为1~2层)。UV-vis吸收光谱结果显示打孔黑磷烯与普通黑磷烯相比具有不同的紫外吸收光谱,表明不同形态的纳米黑磷具有不同的性能。打孔黑磷烯由于其多孔结构,将具有更大的比表面积、更多的反应活性位点、更高的离子传输效率,有望更好地用于储能、催化等领域。此外,通过控制条件,该制备方法有望制备出其他形态的纳米黑磷,如黑磷纳米带、黑磷纳米线等。(3)针对纳米黑磷存在的不稳定问题,将纳米黑磷与氧化石墨烯进行复合,通过键合作用稳定纳米黑磷,得到高稳定的三维多孔还原氧化石墨烯-黑磷烯复合材料。通过一系列的表征分析,我们发现,纳米黑磷可作为一种催化剂,原位催化氧化石墨烯的还原,并且在这种催化作用下纳米黑磷和还原氧化石墨烯之间形成了强的P-O-C键,从而使得复合材料暴露于空气中长达96 h时仍稳定存在。另外,还原过程中还原氧化石墨烯相互交联在一起,形成了三维、多孔的导电网络结构,孔尺寸约为几百纳米到几微米不等。最后,在以上分析的基础上提出了纳米黑磷得以稳定和氧化石墨烯得以还原的机理。与二维复合材料相比,该材料由于其相互交联的三维、多孔结构,将具有更大的比表面积、更多的反应活性位点、更好的离子传输性能,有望更好的用于催化、储能等领域。