Abstract Black phosphorus (BP) is an exciting material that possesses excellent electronic properties, such as high mobility, and thickness-dependent, easily tunable band gap, making it a promising candidate for applications in optoelectronics, energy storage and nano-photonics. However, the instability of mechanically exfoliated BP thin films under oxygen and humidity conditions is still a bottleneck in its practical applications. Herein, we choose a facile way to effectively protect BP by selectively adsorbing graphene quantum dots (GQDs) on its surface as a protective layer. This strategy can prevent the degradation of the thin BP layer in the presence of oxygen and humidity. We systematically investigated the impact of GQDs absorption on BP surface via atomic force microscopy, Raman spectroscopy, transmission electron microscopy and electrical measurements. Our results show that GQDs could effectively protects the BP surface from exposure to atmospheric oxidants, resulting in significantly improved stability along with enhanced mobility and on/off ratio of corresponding field-effect transistors (FETs). Importantly, the electrical properties of optimized FETs could be retained for over 24h even under heating at 100 ℃ in ambient conditions. This work offers a facile approach to efficiently prevent BP and other air-sensitive materials from environmental oxidants for their practical applications.

中文翻译：

---

用选择性吸附石墨烯量子点层保护黑磷

摘要 黑磷（BP）是一种令人兴奋的材料，它具有优异的电子特性，如高迁移率、厚度相关、易于调节的带隙，使其成为光电子学、储能和纳米光子学应用的有希望的候选材料。然而，机械剥离的 BP 薄膜在氧气和湿度条件下的不稳定性仍然是其实际应用的瓶颈。在此，我们选择了一种简便的方法，通过选择性吸附石墨烯量子点 (GQD) 作为保护层在其表面上有效保护 BP。这种策略可以防止在氧气和湿度存在的情况下薄 BP 层的降解。我们系统地研究了 GQDs 吸收对 BP 表面的影响，通过原子力显微镜、拉曼光谱、透射电子显微镜和电测量。我们的结果表明，GQDs 可以有效地保护 BP 表面免受大气氧化剂的影响，从而显着提高稳定性，同时提高相应场效应晶体管 (FET) 的迁移率和开/关比。重要的是，即使在环境条件下加热到 100 ℃，优化后的 FET 的电性能也可以保持超过 24 小时。这项工作提供了一种简便的方法，可以有效地防止 BP 和其他空气敏感材料在实际应用中受到环境氧化剂的影响。从而显着提高稳定性以及相应场效应晶体管 (FET) 的迁移率和开/关比。重要的是，即使在环境条件下加热到 100 ℃，优化后的 FET 的电性能也可以保持超过 24 小时。这项工作提供了一种简便的方法，可以有效地防止 BP 和其他空气敏感材料在实际应用中受到环境氧化剂的影响。从而显着提高稳定性以及相应场效应晶体管 (FET) 的迁移率和开/关比。重要的是，即使在环境条件下加热到 100 ℃，优化后的 FET 的电性能也可以保持超过 24 小时。这项工作提供了一种简便的方法，可以有效地防止 BP 和其他空气敏感材料在实际应用中受到环境氧化剂的影响。