过渡金属钨钼硫族化合物的制备及其光电性质的研究

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1、万方数据浙江师范大学硕士学位论文过渡金属钨／钼硫族化合物的制备及其光电性质的研究SYNTHESISOFTRANSITIONMETALTUNGSTEN／MOLYBDENUMCHALCOGENIDEANDTHEIRPHOTOELECTRICCHARACTERISTICS硕士生：王小周指导教师：李京波教授孟秀清副教授学科专业：凝聚态物理2014年5月万方数据过渡金属钨／钼硫族化合物的制备及其光电性质的研究过渡金属钨／,fl硫族化合物的制备及其光电性质的研究摘要过渡金属钨／钼硫族化合物是以层状方式堆叠，层内通过共价键

2、，层间通过范德瓦尔兹力结合的二维晶体材料(以下简称二维材料)。由于自身独特的物理结构和新奇的光学、机械、电学等方面的性质，二维材料已成为当前新型材料和先进制造技术等领域研究的焦点。尽管石墨烯曾是二维材料中公认的“明星”材料，但由于在可见光和红外区域的极弱光吸收能力(大约只有2．3％)和缺乏带隙结构，使它在光电子器件领域的应用受到了很大的制约。硫化钼、硫化钨等不但拥有类似石墨烯的层状结构，较强的光吸收能力，而且具有1．2-2．1eV的带隙，以及带隙随层数变化的新奇特性，因此在光电探测、纳米电子器件、气体探测领域

3、大放异彩，成为炙手可热的“Superstar”!目前大多数对过渡金属钨／钼硫族化合物的研究都集中于原子厚度，但从物理、制作或者应用的需求来看多层过渡金属钨／钼硫族化合物可能会比单层的更有优势。本文对过渡金属钨／钼硫族化合物的制备和光电性质的研究将不限于原子厚古D疋。在本文中，我们首先通过一定的方法制备出过渡金属钨／钼硫族化合物样品，在各种表征的基础上，制作器件来探究其光电性质，主要研究成果包括：l、通过自下而上的化学气相沉积方法制备了硫化钨微米球，主要利用六氯化钨(WCl6)与硫脲(CS(NH2)2)在惰性气

4、体环境中反应，并在低温区收集样品。这种方法不需要通氢气、硫化氢等易燃易爆气体。基于XRD、SEM等基本表征手段，我们发现≮所得样品均是规则的球形表面长有很多刺状结构的WS2，直径大约在2—7p．m。作为对其应用的探究，我们研究了样品在633nm波长光照下的光响应性能，结果表明其开关比可以达到8倍，而且多次循环后稳定性依然良好。最后利用两端气相传输法向WS2样品插层NbCl5，发现当插层反应进行到36h时，NbCl5成功掺入WS2，实现了P型掺杂。2、在尝试水热合成硫化钨的试验中，我们还合成了焦绿石型氧化钨微米

5、管，而万方数据过渡金属钨／钼硫族化合物的制备及其光电性质的研究这也是这种结构的首次发现。通过XRD、SEM、TEM等表征手段，我们发现这种W03·0．5H20微米管的直径为100—300nm，长度约十几微米，管壁厚度约40nm。而且硫脲中的C=S键会破坏边缘层间的氢键，使层状结构变得不稳定；盐酸羟胺作为溶液粘度调节剂。基于这些发现我们提出了这种管状结构的卷绕形成机制，解释了其形貌的形成机理。作为对其应用的探索，我们比较了管状、管状／非管状混合相以及非管状形貌的焦绿石型氧化钨的紫外光照下降解罗丹明B(RhB)的

6、效果，发现管状形貌的样品光催化活性明显优于其他两种形貌，我们认为这种优势源于管状结构自身的大比表面积特性。3、我们首次利用金丝掩膜的方法，代替现行昂贵、繁琐的光刻或者电子束曝光工艺，成功制备MoS2纳米片晶体管。基于实验，我们发现当置于大气环境中时，晶体管的迁移率和开关比分别为12．1cm2V。1S’1和1000；而当置于氨气环境中时，其晶体管的迁移率和开关比则分别变为17．3am2V。1S‘1和10。为了探究这种性能变化的机理，我们运用第一性原理计算了氨气与MoS2纳米片的吸附系统，发现吸附的NH3在这里作

7、为电子施主向每个MoS2超晶胞转移0．045个电子，从而改变器件的性能。最后，我们还研究了MoS2纳米片晶体管对633nm波长红光的光响应特性，结果表明开关比可以达到4倍，光谱灵敏度风和外量子效率EQE为～0．87AW’1和170％，而且器件稳定性很好。关键词：焦绿石型氧化钨：卷绕机制；光催化；硫化钼；晶体管：气敏万方数据过渡金属钨媚硫族化合物的制备及其光电性质的研究SYNTHESISOFTRANSITl0NMETALTUNGSYEN／MOLYBDENUMCHALCOGENⅡ)EANDTHEIRPHOTOEL

8、ECTRICCHARACTERISTICSAbstractTransitionmetaltungsten／molybdenumchalcogenideexistinthebulkformasstacksofstronglybondedlayerswithweakVanderWaalsinterlayerattraction．Theyhavebeenthefocusofmodemadvancedmat