研究人員透過將磷與砷合金化，創造了一種新的奈米材料系列，這種單原子厚的帶狀材料具有高度導電性，是下一代電池、太陽能電池和量子電腦的理想候選材料。磷的導電性能並不好，這意味著它本身在實際應用和設備中沒有什麼用處。然而，倫敦大學學院（UCL）的研究人員發現，當磷與砷合金化後，磷就變得更有用了。

研究人員透過將磷與砷合金化，創造出了一系列新型奈米材料圖/Zhang 等人/倫敦大學學院(CC-BY 4.0)

該研究的通訊作者之一亞當-克蘭西（Adam Clancy）說：”我們在將磷奈米帶與砷合金化方面的最新工作開闢了更多可能性–特別是改善電池和超級電容器的能量存儲，以及增強醫學中使用的近紅外線探測器。”

研究人員所說的奈米帶是指一原子厚的磷帶，或者更準確地說，phosphorene，一種由單層人工製造的層狀黑磷（磷的最穩定形式）組成的二維材料。2019 年，UCL 的研究人員發現了磷奈米帶的潛力，他們發現在過氧化物太陽能電池中加入一層磷奈米帶，可以讓電池從太陽中獲得更多能量。

在目前的研究中，為了提高磷的導電性，他們引入了”微量”砷。將磷和砷薄片形成的晶體與溶解在-58 °F（-50 °C）液氨中的鋰混合。24 小時後除去氨水，換上有機溶劑。由於薄片的原子結構，鋰離子只能沿著一個方向移動，而不能橫向移動，導致裂紋，形成帶狀。研究人員創造了一個新的奈米材料家族：砷磷合金奈米帶（AsPNRs）。

他們發現，砷磷合金奈米帶在130 K（-226 °F/-140 °C）以上具有高度導電性，同時保留了純磷奈米帶的有用特性。AsPNRs 的一個關鍵特性是其極高的”電洞遷移率”。電洞是電子在電子傳輸過程中的反向夥伴，因此提高電洞的遷移率（衡量電洞在材料中移動速度的指標）有助於提高電流傳輸的效率。

目前，磷奈米帶要用作鋰離子或鈉離子電池的陽極材料，需要與碳等導電材料混合。研究人員說，由於AsPNRs 能提高電池的能量儲存量和充放電速度，因此可以省去碳填料。此外，他們還表示，在太陽能電池中使用AsPNRs 將改善電荷在設備中的流動，從而提高電池的效率。

克蘭西說：「砷磷帶還具有磁性，我們認為磁性來自沿邊緣的原子，這使它們也有可能用於量子電腦。更廣泛地說，這項研究表明，合金化是控制這一不斷發展的奈米材料家族的特性，進而控制其應用和潛力的有力工具。”

研究人員說，他們的AsPNRs 可以在液體中大規模生產，然後可以用這種液體以低成本大量應用於不同的應用領域。

這項研究發表在《美國化學學會雜誌》。