本文主要研究内容
作者司珂瑜（2019）在《二维过渡金属硫族化合物MoS2和WSe2的光电特性研究》一文中研究指出：以石墨烯（graphene）和二维层状硫族化合物（transitional metal dichalcogenides,TMDs）为代表的二维层状纳米材料已经在光电子器件、半导体光电化学和太赫兹（terahertz,THz）光电子学等领域表现出了优良的性能和广阔的应用前景。作为两种典型的TMDs类材料,MoS2和WSe2凭借其可调控的带隙和在可见光至红外波段的光谱响应以及超快瞬态THz电导率,在光电子器件、光电化学（photoelectrochemistry,PEC）和THz光谱学等方面具有潜在的应用价值。本论文围绕MoS2和WSe2两种TMDs及MoS2/WSe2异质结的制备和光电化学响应性能,以及WSe2材料的THz发射特性,主要从以下四个方面开展了研究:（1）利用液相剥离（liquid phase exfoliation,LPE）法和真空抽滤转移法,我们制备了二维MoS2薄膜光电极。在课题组前期对MoS2的PEC光电响应特性研究的基础上,我们利用退火煅烧的手段对MoS2的光电响应特性作出调控。通过PEC测试手段,我们对经退火处理和未退火处理的样品PEC光电响应的差异进行了观察比较。然后,我们通过X射线衍射光谱（X-ray diffraction,XRD）、拉曼（Raman）光谱、可见-近红外吸收光谱和电化学阻抗谱（electrochemical impedance spectroscopy,EIS）等表征测试手段对光电响应增强的内在机理作出了合理的解释。我们的工作为提高太阳能电池、光催化和光敏器件等PEC应用中MoS2及其它TMDs光电极的性能提供了一条简单而廉价的途径。相关的工作发表在Ceramics International期刊上。（2）我们基于LPE法和真空抽滤转移法制备了二维层状WSe2光电阳极。在课题组前期对其它TMDs材料PEC光电响应性能调控方法研究的基础上,通过控制抽滤过程中WSe2分散液的体积来控制薄膜光电极的厚度,从而有效地调控样品的光电响应性能。XRD、Raman光谱和吸收光谱证明了厚度与抽滤体积的依赖关系,而PEC测试表征（J-V和J-t曲线）证明了光电响应与样品厚度的依赖关系。通过EIS和莫特-肖特基（Mott-Schottky,M-S）测试,我们对光电响应提升的内在机理有了合理的解释。本工作为如何提高WSe2以及其它二维材料光电极的光电响应特性提供了一条切实可行的思路。（3）由于已有的增强PEC光电响应的手段具有局限性,故我们结合LPE法和真空抽滤转移法制备了MoS2/WSe2异质结光电阳极,并希望通过构建异质结构的手段来提高单一材料光电极的光电响应性能。我们通过透射电子显微镜（transmission electron microscope,TEM）图像、XRD和Raman光谱观察到异质结构的形成。然后,我们通过X射线光电子能谱（X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）研究了异质结材料的化学成分,并证明了异质结的形成。根据PEC测试,我们可以观察MoS2/WSe2异质结具有增强的光电响应性能。此外,EIS和Mott-Schottky测试有力地证明了异质结形成之后载流子的复合被抑制,电极/电解液界面处的低阻抗以及较高的载流子输运性能是光电阳极PEC光电响应性能提升的原因。再者,能带排列结构和载流子转移模型的建立能够帮助解释光生载流子行为,并为PEC光电性能增强的机制提供了理论依据。我们的研究结果为MoS2/WSe2异质结光电阳极及基于其它TMDs材料的异质结的制备奠定了基础,为提高PEC应用中电极的光电性能提供参考。（4）THz产生光谱不仅可以帮助我们理解超快激光与WSe2的相互作用,还可以帮助我们找到一种基于TMDs的新型THz辐射源。因此,基于课题组前期对其它TMDs材料的THz发射特性的研究,我们利用THz发射光谱对单层和块体WSe2的THz发射进行了研究。由于波长为800 nm的飞秒激光的单光子能量不足以将带隙较宽的单层WSe2激发出THz辐射,故我们的工作重心转移到块体WSe2的THz辐射产生上。通过多种变量依赖的THz产生实验和理论分析,我们得出WSe2中THz辐射产生的主要机理是基于表面耗尽场对光生载流子加速而产生瞬态光电流的表面场效应。其中,由于光生载流子在样品表面的累积而导致的屏蔽作用,THz辐射信号随泵浦能量密度的增加呈现出饱和效应。另外,通过分析THz产生光谱和Raman光谱,我们确定了块体WSe2晶体的激光损伤阈值约为3.11 mJ/cm2。最后,我们分析了表面耗尽场的形成过程,并且我们计算出它的场强约为5.256×106V?m-1,且其宽度约为115 nm。我们的结果为研究超快激光与层状WSe2的相互作用提供了依据,为研制基于TMDs材料表面场效应的新型THz辐射源奠定了基础。相关的工作发表在Applied Surface Science杂志上。
Abstract
yi dan mo xi （graphene）he er wei ceng zhuang liu zu hua ge wu （transitional metal dichalcogenides,TMDs）wei dai biao de er wei ceng zhuang na mi cai liao yi jing zai guang dian zi qi jian 、ban dao ti guang dian hua xue he tai he ci （terahertz,THz）guang dian zi xue deng ling yu biao xian chu le you liang de xing neng he an kuo de ying yong qian jing 。zuo wei liang chong dian xing de TMDslei cai liao ,MoS2he WSe2ping jie ji ke diao kong de dai xi he zai ke jian guang zhi gong wai bo duan de guang pu xiang ying yi ji chao kuai shun tai THzdian dao lv ,zai guang dian zi qi jian 、guang dian hua xue （photoelectrochemistry,PEC）he THzguang pu xue deng fang mian ju you qian zai de ying yong jia zhi 。ben lun wen wei rao MoS2he WSe2liang chong TMDsji MoS2/WSe2yi zhi jie de zhi bei he guang dian hua xue xiang ying xing neng ,yi ji WSe2cai liao de THzfa she te xing ,zhu yao cong yi xia si ge fang mian kai zhan le yan jiu :（1）li yong ye xiang bao li （liquid phase exfoliation,LPE）fa he zhen kong chou lv zhuai yi fa ,wo men zhi bei le er wei MoS2bao mo guang dian ji 。zai ke ti zu qian ji dui MoS2de PECguang dian xiang ying te xing yan jiu de ji chu shang ,wo men li yong tui huo duan shao de shou duan dui MoS2de guang dian xiang ying te xing zuo chu diao kong 。tong guo PECce shi shou duan ,wo men dui jing tui huo chu li he wei tui huo chu li de yang pin PECguang dian xiang ying de cha yi jin hang le guan cha bi jiao 。ran hou ,wo men tong guo Xshe xian yan she guang pu （X-ray diffraction,XRD）、la man （Raman）guang pu 、ke jian -jin gong wai xi shou guang pu he dian hua xue zu kang pu （electrochemical impedance spectroscopy,EIS）deng biao zheng ce shi shou duan dui guang dian xiang ying zeng jiang de nei zai ji li zuo chu le ge li de jie shi 。wo men de gong zuo wei di gao tai yang neng dian chi 、guang cui hua he guang min qi jian deng PECying yong zhong MoS2ji ji ta TMDsguang dian ji de xing neng di gong le yi tiao jian chan er lian jia de tu jing 。xiang guan de gong zuo fa biao zai Ceramics Internationalji kan shang 。（2）wo men ji yu LPEfa he zhen kong chou lv zhuai yi fa zhi bei le er wei ceng zhuang WSe2guang dian yang ji 。zai ke ti zu qian ji dui ji ta TMDscai liao PECguang dian xiang ying xing neng diao kong fang fa yan jiu de ji chu shang ,tong guo kong zhi chou lv guo cheng zhong WSe2fen san ye de ti ji lai kong zhi bao mo guang dian ji de hou du ,cong er you xiao de diao kong yang pin de guang dian xiang ying xing neng 。XRD、Ramanguang pu he xi shou guang pu zheng ming le hou du yu chou lv ti ji de yi lai guan ji ,er PECce shi biao zheng （J-Vhe J-tqu xian ）zheng ming le guang dian xiang ying yu yang pin hou du de yi lai guan ji 。tong guo EIShe mo te -xiao te ji （Mott-Schottky,M-S）ce shi ,wo men dui guang dian xiang ying di sheng de nei zai ji li you le ge li de jie shi 。ben gong zuo wei ru he di gao WSe2yi ji ji ta er wei cai liao guang dian ji de guang dian xiang ying te xing di gong le yi tiao qie shi ke hang de sai lu 。（3）you yu yi you de zeng jiang PECguang dian xiang ying de shou duan ju you ju xian xing ,gu wo men jie ge LPEfa he zhen kong chou lv zhuai yi fa zhi bei le MoS2/WSe2yi zhi jie guang dian yang ji ,bing xi wang tong guo gou jian yi zhi jie gou de shou duan lai di gao chan yi cai liao guang dian ji de guang dian xiang ying xing neng 。wo men tong guo tou she dian zi xian wei jing （transmission electron microscope,TEM）tu xiang 、XRDhe Ramanguang pu guan cha dao yi zhi jie gou de xing cheng 。ran hou ,wo men tong guo Xshe xian guang dian zi neng pu （X-ray photoelectron spectroscopy,XPS）yan jiu le yi zhi jie cai liao de hua xue cheng fen ,bing zheng ming le yi zhi jie de xing cheng 。gen ju PECce shi ,wo men ke yi guan cha MoS2/WSe2yi zhi jie ju you zeng jiang de guang dian xiang ying xing neng 。ci wai ,EIShe Mott-Schottkyce shi you li de zheng ming le yi zhi jie xing cheng zhi hou zai liu zi de fu ge bei yi zhi ,dian ji /dian jie ye jie mian chu de di zu kang yi ji jiao gao de zai liu zi shu yun xing neng shi guang dian yang ji PECguang dian xiang ying xing neng di sheng de yuan yin 。zai zhe ,neng dai pai lie jie gou he zai liu zi zhuai yi mo xing de jian li neng gou bang zhu jie shi guang sheng zai liu zi hang wei ,bing wei PECguang dian xing neng zeng jiang de ji zhi di gong le li lun yi ju 。wo men de yan jiu jie guo wei MoS2/WSe2yi zhi jie guang dian yang ji ji ji yu ji ta TMDscai liao de yi zhi jie de zhi bei dian ding le ji chu ,wei di gao PECying yong zhong dian ji de guang dian xing neng di gong can kao 。（4）THzchan sheng guang pu bu jin ke yi bang zhu wo men li jie chao kuai ji guang yu WSe2de xiang hu zuo yong ,hai ke yi bang zhu wo men zhao dao yi chong ji yu TMDsde xin xing THzfu she yuan 。yin ci ,ji yu ke ti zu qian ji dui ji ta TMDscai liao de THzfa she te xing de yan jiu ,wo men li yong THzfa she guang pu dui chan ceng he kuai ti WSe2de THzfa she jin hang le yan jiu 。you yu bo chang wei 800 nmde fei miao ji guang de chan guang zi neng liang bu zu yi jiang dai xi jiao kuan de chan ceng WSe2ji fa chu THzfu she ,gu wo men de gong zuo chong xin zhuai yi dao kuai ti WSe2de THzfu she chan sheng shang 。tong guo duo chong bian liang yi lai de THzchan sheng shi yan he li lun fen xi ,wo men de chu WSe2zhong THzfu she chan sheng de zhu yao ji li shi ji yu biao mian hao jin chang dui guang sheng zai liu zi jia su er chan sheng shun tai guang dian liu de biao mian chang xiao ying 。ji zhong ,you yu guang sheng zai liu zi zai yang pin biao mian de lei ji er dao zhi de bing bi zuo yong ,THzfu she xin hao sui beng pu neng liang mi du de zeng jia cheng xian chu bao he xiao ying 。ling wai ,tong guo fen xi THzchan sheng guang pu he Ramanguang pu ,wo men que ding le kuai ti WSe2jing ti de ji guang sun shang yu zhi yao wei 3.11 mJ/cm2。zui hou ,wo men fen xi le biao mian hao jin chang de xing cheng guo cheng ,bing ju wo men ji suan chu ta de chang jiang yao wei 5.256×106V?m-1,ju ji kuan du yao wei 115 nm。wo men de jie guo wei yan jiu chao kuai ji guang yu ceng zhuang WSe2de xiang hu zuo yong di gong le yi ju ,wei yan zhi ji yu TMDscai liao biao mian chang xiao ying de xin xing THzfu she yuan dian ding le ji chu 。xiang guan de gong zuo fa biao zai Applied Surface Scienceza zhi shang 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自西北大学的司珂瑜，发表于刊物西北大学2019-10-08论文，是一篇关于二维层状材料论文,二硫化钼论文,二硒化钨论文,光电响应特性论文,太赫兹辐射论文,西北大学2019-10-08论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自西北大学2019-10-08论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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