倫敦大學學院的研究人員創造了砷合金磷奈米帶，可提高電池和太陽能電池的效率。這些奈米帶能更有效地導電，在量子運算和能源儲存方面具有潛在的應用前景，並有望實現規模化和具有成本效益的生產。

倫敦大學學院（UCL）的研究人員開發了由磷和砷合金組成的一原子厚的帶狀材料。這項創新有望顯著提高電池、超級電容器和太陽能電池等各種設備的效率。

研究團隊於2019 年發現了奈米磷帶。這種”神奇材料”預計將徹底改變從電池到生物醫學感測器等各種設備，後來被用於提高鋰離子電池的壽命和太陽能電池的效率。然而，純磷材料的導電性能並不理想，妨礙了它們在某些應用中的使用。

在這項發表在《美國化學學會雜誌》上的新研究中，研究人員創造了由磷和微量砷製成的奈米帶，他們發現這種奈米帶能夠在零下140 度以上的溫度下導電，同時也保留了純磷帶非常有用的特性。

砷磷烯奈米帶資料來源：《美國化學學會雜誌》（2023 年）。DOI: 10.1021/jacs.3c03230

資深作者亞當-克蘭西（Adam Clancy）博士（倫敦大學洛杉磯分校化學系）說：”早期的實驗工作已經表明，我們UCL 團隊在2019 年首次創造出的磷奈米帶具有非凡的前景。例如， 2021 年的研究表明，在過氧化物太陽能電池中加入奈米帶作為層，可以使電池從太陽中獲取更多能量。我們在將奈米磷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。砷磷奈米帶還具有磁性，我們認為磁性來自於邊緣的原子，這使得它們也有可能用於量子計算機。”

更廣泛地說，這項研究表明，合金化是控制這種不斷增長的奈米材料家族的特性，從而控制其應用和潛力的有力工具。研究人員說，同樣的技術也可用來製造磷與硒或鍺等其他元素的合金。

要用作鋰離子或鈉離子電池的陽極材料，目前磷奈米帶需要與碳等導電材料混合。加入砷後，就不再需要碳填料，可以移除碳填料，進而提高電池的儲電量和充放電速度。

同時，在太陽能電池中，砷磷奈米帶可以進一步改善電荷在設備中的流動，從而提高電池的效率。

研究團隊製作的砷磷奈米帶通常只有幾層高，幾微米長，幾十奈米寬。它們是由磷和砷薄片形成的晶體與溶解在攝氏零下50 度液氨中的鋰混合而成（24 小時後，氨被移除，取而代之的是有機溶劑）。這些薄片的原子結構意味著鋰離子只能沿著一個方向移動，而不能橫向移動，這就造成了裂紋，從而形成了帶狀晶體。

奈米帶的一個主要特點是它們還具有極高的”電洞遷移率”。電洞是電子在電子傳輸過程中的反向伴侶，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。

這種奈米帶可以在液體中大規模生產，然後以低成本大量應用於不同的應用領域。

磷奈米帶是由克里斯-霍華德教授（UCL 物理與天文學）領導的跨學科團隊在UCL 發現的。自2014 年分離出二維磷烯薄片以來，已有100 多項理論研究預測了生產這種材料的窄帶可能產生的令人興奮的新特性。