作為二維材料的典型代表,石墨烯的研發榮獲了2010年諾貝爾物理學獎,并掀起了人們研究二維材料的熱潮。然而,由于石墨稀本身沒有帶隙,限制了它在半導體工業和光學器件等領域的應用。2014年,與石墨烯一樣擁有二維層狀結構的黑磷,被視為新的超級材料,剛一出現就引起了全世界的廣泛關注。
黑磷的光學性能同其它半導體相比也有巨大優勢,它的半導體帶隙是直接帶隙,即導帶底部和價帶頂部在同一位置,這意味著黑磷可以和光直接耦合,構筑新一代光電器件。此外,黑磷還具有獨特的力學、電學和熱學的各向異性。盡管黑磷已在多個領域展現出巨大的應用潛力,它卻存在著一個致命缺陷:缺乏穩定性。當接觸水和氧氣時,黑磷層片會在極短時間內氧化進而降解掉。這一缺陷極大地限制了黑磷的研究和工業應用。
為解決黑磷的這一“阿喀琉斯之踵”,喻學鋒、王懷雨研發團隊創造性地提出用配位化學的方法來提高黑磷的穩定性。研發團隊設計了一種鈦的苯磺酸酯配體,利用鈦原子的空軌道和苯磺酸酯的強吸電子效應,該配體可與黑磷的孤對電子對進行配位,從而占據孤對電子,這樣磷原子就無法再與氧氣發生反應。對比實驗表明:與未經修飾的黑磷會迅速降解不同,鈦配體修飾的黑磷能在水中和濕度高達95%的潮濕空氣中放置數日,而保持光學性能穩定。該修飾技術簡單有效,在不改變黑磷晶體結構的前提下,就能極大提高它的穩定性。該研發團隊已經在黑磷研發領域申請PCT專利1項、國家發明專利3項,并在積極推進相關技術的產業化。
業內人士指出,這種高穩定性黑磷的成功制備,無疑可有效推動黑磷在光電器件等領域的工業應用,還將極大促進其在能源、催化、生物醫學等領域的深入研究。黑磷有望借此技術向半導體材料邁出重要一步,取代石墨烯也并非沒有可能。黑磷有望成為新的熱門半導體材料,A股市場上從事磷化工的企業在生產黑磷上具備先發優勢,有望從中受益。
興發集團(600141)是國內最大的磷礦資源企業之一,目前公司磷礦石儲量約2億噸左右,同時還有部分礦山處于探礦階段。2015年,公司磷礦石生產量高達643.18萬噸。公司地處湖北省宜昌市,宜昌市是我國磷礦富集帶,是全國五大磷礦基地之一,資源儲量位居全國第二。2015年公司收購了遠安吉星化工45%的股權和堯治河橋溝礦業50%的股權,與斯帕爾化學簽署了楓葉化工少數股權收購意向協議,進一步增加公司磷礦資源權益。磷資源應用領域的突破,為公司增添了巨大想象空間。
云天化(600096)是我國最大的磷礦采選企業,公司預計2016年生產磷礦930萬噸。公司擁有國家磷資源開發利用工程技術中心,形成了具有協同效應的研究開發體系。公司在磷礦采選、磷酸、磷酸二銨等方面擁有大型化國產化生產技術,具有豐富的生產實踐經驗。2015年公司重點圍繞磷礦采選、新型化肥及磷化工、工程材料等領域開展共性關鍵課題研究,共承擔國家、省級科技計劃項目7項,為公司可持續發展和生產經營提供了技術支持。
六國化工(600470)是華東地區規模最大的磷復肥和磷化工一體化專業制造企業。公司主要生產基地坐落于長江沿線,直通湖北宜昌磷礦供應地,具備“酸肥結合”、“礦肥結合”的生產要素稟賦優勢。公司參股的宜昌明珠磷化工業有限公司,地處中國磷產區三大中心之一,很早就已發展成為年產磷礦石35萬噸,年生產礦粉8萬噸,12萬噸礦加工能力的規模型自營出口企業。母公司旗下的宿松六國礦業擁有豐富的磷礦資源,其北沖礦區采礦許可證設計年產磷礦原礦56萬噸。