清華大學化學系曹華強教授與英國劍橋大學材料科學與冶金系杰出研究員（Distinguished Research Fellow）/美國加州大學圣芭芭拉分校材料系研究教授（Research Professor）/新加坡國立大學材料科學與工程系杰出訪問教授（Distinguished Visiting Professor）Anthony K. Cheetham院士等合作，在《Advanced Materials》期刊上發表了題為“Ultratough Hydrogen-Bond-Bridged Phosphorene Films”的文章（DOI: 10.1002/adma.202203332）。

該文章報道了一種通過離子插層顯著改善黑磷的力學性能的策略，即通過電化學陽極剝離方法，在黑磷烯層間引入四氟硼酸根離子[BF₄]-和1-丁基-3-甲基咪唑陽離子（[BMIM]-為插層離子，通過插層離子與上下兩層黑磷烯之間的氫鍵作用，實現力學強度的提升。對于該復合結構，命名為氫鍵橋聯黑磷烯膜（Hydrogen-bond-Bridged Phosphorene Film，簡稱HBPF）。

分析中心楊海軍高工是共同作者之一，為該工作提供固體核磁表征，結果為HBPF中氫鍵的存在提供了直接證據。

固態核磁共振光譜（ssNMR）用于研究HBPF的微觀結構（圖k）。其中圖k-i所示為HBPF的¹H ssNMR譜圖，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，但并沒有觀察到[BMIM] [BF₄]的氫譜中的來自Hb的雙峰（預計≈8.08 ppm）。由此推斷，HBPF中的Hb也可以與P_xO_y或[BF₄]^-形成氫鍵，從而使得Hb的化學移位（由于去屏蔽效應）從≈8.08 ppm（與[BMIM] [BF₄] 中）向低場移動至≈9.35 ppm（于HBPF中），進而與Ha的信號峰重疊，形成一個非常寬的峰型。Ha和Hb之間的化學位移是相似的，表明該氫鍵的特異性較低。此外，其化學位移的變化（從[BMIM][BF₄]中的≈9.20 ppm移至HBPF中≈9.35 ppm）可歸因于[BF₄]^-與 P_xO_y、H-C(a) 和 H-C(b)之間的氫鍵。

圖k-iii, iv所示的³¹P ssNMR譜圖中有三個非常弱的峰，即化學位移≈0.65 ppm，≈8.45 ppm和≈?32.49 ppm，可分別歸因于H₃PO₄[(HO)₃-PO]，H₄P₂O₇和多磷酸鏈中間的內部P原子。其中，化學位移≈19.71 ppm處的非常強的峰應對應于未氧化的黑磷烯。

HBPF的¹⁹F ssNMR譜圖中顯示兩個主要峰，分別位于?135.68 ppm和?170.72 ppm。其中，?135.68 ppm的峰應歸因于BF₃，?170.72 ppm處的峰是由于屏蔽了參與了[BF₄]^-…C(a)-H和/或[BF₄]^-…P-OH之間的分子間氫鍵的氟；它可以與[BMIM] [BF₄]中純的[BF₄]^-的峰（?149.37 ppm）進行比較。

具體測試條件如下：

儀器型號：JOEL JNM-ECZ600R (600 MHz)；

轉子型號：3.2 mm；

設定轉速：12 kHz；

測試溫度：20℃；

標樣：金剛烷（¹⁹F，¹H，¹³C譜測試的標樣)。

除此之外，該文章揭示了楊氏模量與層間插層離子比例之間的依賴關系并提出相應的納米力學公式，進一步基于氫鍵橋聯高強度黑磷烯膜來構筑柔性NO₂氣體傳感器件，其傳感性能在10000次彎折后基本無損失。研究結果為黑磷器件的實際應用潛力提供了新的見解。