研究人员通过将磷与砷合金化，创造出了一种新的纳米材料系列，这种单原子厚的带状材料具有高度导电性，是下一代电池、太阳能电池和量子计算机的理想候选材料。磷的导电性能并不好，这意味着它本身在实际应用和设备中没有什么用处。然而，伦敦大学学院（UCL）的研究人员发现，当磷与砷合金化后，磷就变得更加有用了。

研究人员通过将磷与砷进行合金化，创造出了一系列新型纳米材料 图/Zhang 等人/伦敦大学学院 (CC-BY 4.0)

该研究的通讯作者之一亚当-克兰西（Adam Clancy）说："我们在将磷纳米带与砷合金化方面的最新工作开辟了更多可能性--特别是改善电池和超级电容器的能量存储，以及增强医学中使用的近红外探测器。"

研究人员所说的纳米带是指一原子厚的磷带，或者更准确地说，phosphorene，一种由单层人工制造的层状黑磷（磷的最稳定形式）组成的二维材料。2019 年，UCL 的研究人员发现了磷纳米带的潜力，他们发现在过氧化物太阳能电池中加入一层磷纳米带，可以让电池从太阳中获取更多能量。

在目前的研究中，为了提高磷的导电性，他们引入了"微量"砷。将磷和砷薄片形成的晶体与溶解在-58 °F（-50 °C）液氨中的锂混合。24 小时后除去氨水，换上有机溶剂。由于薄片的原子结构，锂离子只能沿一个方向移动，而不能横向移动，从而导致裂纹，形成带状。研究人员创造了一个新的纳米材料家族：砷磷合金纳米带（AsPNRs）。

他们发现，砷磷合金纳米带在 130 K（-226 °F/-140 °C）以上具有高度导电性，同时保留了纯磷纳米带的有用特性。AsPNRs 的一个关键特性是其极高的"空穴迁移率"。空穴是电子在电子传输过程中的反向伙伴，因此提高空穴的迁移率（衡量空穴在材料中移动速度的指标）有助于提高电流传输的效率。

目前，磷纳米带要用作锂离子或钠离子电池的阳极材料，需要与碳等导电材料混合。研究人员说，由于 AsPNRs 能提高电池的能量存储量和充放电速度，因此可以省去碳填料。此外，他们还表示，在太阳能电池中使用 AsPNRs 将改善电荷在设备中的流动，从而提高电池的效率。

克兰西说："砷磷带还具有磁性，我们认为磁性来自沿边缘的原子，这使它们也有可能用于量子计算机。更广泛地说，这项研究表明，合金化是控制这一不断发展的纳米材料家族的特性，进而控制其应用和潜力的有力工具。"

研究人员说，他们的 AsPNRs 可以在液体中大规模生产，然后可以用这种液体以低成本大量应用于不同的应用领域。

这项研究发表在《美国化学学会杂志》上。