深圳先進院合作在新型二維材料領域取得進展

　　近日，中國科學院深圳先進技術研究院研究員喻學鋒課題組與香港城市大學教授朱劍豪、深圳大學教授張晗合作，由課題組成員孫正博和謝寒寒等成功研發出新型的超小黑磷量子點，并應用于腫瘤的光熱治療。相關論文《超小黑磷量子點的合成和光熱治療應用》(Ultrasmall Black Phosphorus Quantum Dots: Synthesis and Use as Photothermal Agents, DOI: 10.1002/anie.201506154)已被《德國應用化學》(Angew. Chem. Int. Ed. )封面報道(Inside Cover Story)，并被評為熱點文章(Hot Paper)。

　　二維層狀材料，如石墨烯和過渡金屬硫化物(TMDs)等，由于其優異特性，已經成為一類在基礎研究和潛在應用中擁有廣闊前景的納米材料。受到石墨烯和TMDs獨特二維特性的啟發，黑磷這種概念上的新層狀材料近期引起了世界各地研究者們極大的興趣。磷作為元素周期表中第十五號元素，其化合物通常具有化學發光性質，或者通過化學反應產生無熱光。黑磷是白磷經高溫高壓后得到的黑色惰性同素異形體，它有著類似但不同于石墨烯片層裝結構的波形層狀結構，并且具備石墨烯所沒有的半導體間隙。更重要的是它的半導體帶隙是直接帶隙，即電子導電能帶(導帶)底部和非導電能帶(價帶)頂部在同一位置，而傳統的硅或者硫化鉬等都是間接帶隙。這意味著黑磷和光可以直接耦合，光譜包括了整個可見光到近紅外區域，因此，黑磷的光學性比石墨烯以及包括硅和硫化鉬在內的其他材料有著獨特的優勢，非常適合應用于光學領域。

　　該研究小組對這種新型二維材料進行了開創性的研究，巧妙采用聯合探頭超聲和水浴超聲的液態剝離方法，可控制備二維層狀黑磷量子點，得到橫向尺寸約為2.6 nm的單原子層厚度黑磷量子點。通過檢測這種超小的黑磷量子點的光學屬性和對不同細胞系生存率的影響，發現其展示了優異的近紅外光學性能，在808 nm的消光系數為14.8 Lg-1cm-1，光熱轉換效率達到28.4%，在近紅外激光的照射下能夠顯著地殺死腫瘤細胞，并且在多種細胞系中均展現出良好的生物相容性。二維層狀結構的超小黑磷量子點作為另一種形式的二維材料展現了獨特的光學屬性，同時因為磷是生物體內必須的元素，使其在生物醫學領域的應用具有無可比擬的優勢，因此黑磷量子點作為高效光熱制劑用于癌癥治療擁有巨大的潛力。

　　該研究得到了國家自然科學基金、香港研究基金會綜合研究基金、香港城市大學戰略研究基金和深圳市科學技術重點項目等項目資助。