清华大学化学系曹华强教授与英国剑桥大学材料科学与冶金系杰出研究员（Distinguished Research Fellow）/美国加州大学圣芭芭拉分校材料系研究教授（Research Professor）/新加坡国立大学材料科学与工程系杰出访问教授（Distinguished Visiting Professor）Anthony K. Cheetham院士等合作，在《Advanced Materials》期刊上发表了题为“Ultratough Hydrogen-Bond-Bridged Phosphorene Films”的文章（DOI: 10.1002/adma.202203332）。

该文章报道了一种通过离子插层显著改善黑磷的力学性能的策略，即通过电化学阳极剥离方法，在黑磷烯层间引入四氟硼酸根离子[BF₄]-和1-丁基-3-甲基咪唑阳离子（[BMIM]-为插层离子，通过插层离子与上下两层黑磷烯之间的氢键作用，实现力学强度的提升。对于该复合结构，命名为氢键桥联黑磷烯膜（Hydrogen-bond-Bridged Phosphorene Film，简称HBPF）。

分析中心杨海军高工是共同作者之一，为该工作提供固体核磁表征，结果为HBPF中氢键的存在提供了直接证据。

固态核磁共振光谱（ssNMR）用于研究HBPF的微观结构（图k）。其中图k-i所示为HBPF的¹H ssNMR谱图，其中Ha≈9.35 ppm，Hd≈4.35 ppm，Hc≈3.69 ppm，He≈1.88 ppm，Hf≈1.19 ppm和Hg≈0.21 ppm，但并没有观察到[BMIM] [BF₄]的氢谱中的来自Hb的双峰（预计≈8.08 ppm）。由此推断，HBPF中的Hb也可以与P_xO_y或[BF₄]^-形成氢键，从而使得Hb的化学移位（由于去屏蔽效应）从≈8.08 ppm（与[BMIM] [BF₄] 中）向低场移动至≈9.35 ppm（于HBPF中），进而与Ha的信号峰重叠，形成一个非常宽的峰型。Ha和Hb之间的化学位移是相似的，表明该氢键的特异性较低。此外，其化学位移的变化（从[BMIM][BF₄]中的≈9.20 ppm移至HBPF中≈9.35 ppm）可归因于[BF₄]^-与 P_xO_y、H-C(a) 和 H-C(b)之间的氢键。

图k-iii, iv所示的³¹P ssNMR谱图中有三个非常弱的峰，即化学位移≈0.65 ppm，≈8.45 ppm和≈−32.49 ppm，可分别归因于H₃PO₄[(HO)₃-PO]，H₄P₂O₇和多磷酸链中间的内部P原子。其中，化学位移≈19.71 ppm处的非常强的峰应对应于未氧化的黑磷烯。

HBPF的¹⁹F ssNMR谱图中显示两个主要峰，分别位于−135.68 ppm和−170.72 ppm。其中，−135.68 ppm的峰应归因于BF₃，−170.72 ppm处的峰是由于屏蔽了参与了[BF₄]^-…C(a)-H和/或[BF₄]^-…P-OH之间的分子间氢键的氟；它可以与[BMIM] [BF₄]中纯的[BF₄]^-的峰（−149.37 ppm）进行比较。

具体测试条件如下：

仪器型号：JOEL JNM-ECZ600R (600 MHz)；

转子型号：3.2 mm；

设定转速：12 kHz；

测试温度：20℃；

标样：金刚烷（¹⁹F，¹H，¹³C谱测试的标样)。

除此之外，该文章揭示了杨氏模量与层间插层离子比例之间的依赖关系并提出相应的纳米力学公式，进一步基于氢键桥联高强度黑磷烯膜来构筑柔性NO₂气体传感器件，其传感性能在10000次弯折后基本无损失。研究结果为黑磷器件的实际应用潜力提供了新的见解。