近日，澳門科技大學資訊科技學院2017級博士生趙勁來在張晗教授和李建慶教授的指導下，以澳門科技大學為第一完成單位在國際頂級學術期刊Nature Communications（影響因數11.88，中科院JCR 1區，TOP期刊）上發表題為“Liquefaction of Water on the Surface of Anisotropic Two-dimensional Atomic Layered Black Phosphorus”（DOI: org/10.1038/s41467-019-11937-9）的學術論文。博士生趙勁來為該論文的第一作者。
二維黑磷晶體材料由於具有天然的溝槽狀原子排列結構，導致其在相互垂直的Armchair和Zigzag方向具有非常明顯的各項異性特性，包括電學性能、光學性能、機械性能和熱電性能等。針對黑磷的各向異性原子排列結構，作者設計了一個水滴在黑磷晶體表面凝結的動態實驗，並運用光學顯微鏡將小水滴在黑磷晶體表面凝固的整個過程記錄下來。實驗結果表明，凝結在黑磷晶體表面的小水滴形狀為橢球形，且其長軸為黑磷晶體的Zigzag方向。然而，在同樣條件下，在不具備各向異性原子排列結構的石墨烯和二硫化鉬表面所形成的小水滴為圓球形。分子動力學模擬計算結果表明，水分子在沿著黑磷晶體Zigzag方向具有最小的能量，結構相對穩定。而水分子在石墨烯和二硫化鉬晶體表面各個方向分佈能量相差不大，因此不具備各向異性的親水性能。作者進一步利用偏振拉曼光譜驗證水滴各項異性親水性能的準確性和可靠性，採用原位拉曼光譜的特徵峰位置和強度變化以及黑磷FET的電學性能來驗證親水實驗對黑磷晶體的無損性。該工作首次提出了小水滴在異性二維材料晶體表面各項異性的分佈現象。同時該方法可用做二維材料各項異性原子排列方向快速（＜10 s）鑒定，對各項異性的光學器件、光電器件、光熱器件和納米機械器件的製備和應用具有非常重要的指導意義。
該研究工作得到了澳門科技發展基金(編號：007/2017/A1和132/2017/A3)的大力支持。文章下載連結：https://www.nature.com/articles/s41467-019-11937-9。
圖1 小水滴在黑磷晶體表面各向異性分佈的原理示意圖。(a) 側視圖，(b) 俯視圖
圖2 小水滴在少層和塊狀黑磷/石墨烯/二硫化鉬表面的分佈。(a/e/i)和(b/f/j) 分別為少層黑磷/石墨烯/二硫化鉬親水實驗前和後的表面形貌圖。(c/g/k)和(d/h/l) 分別為塊狀黑磷/石墨烯/二硫化鉬親水實驗前和後的表面形貌圖。