本文關(guān)鍵詞：二硫化鎢薄膜的制備及其光電和電催化性能研究

  更多相關(guān)文章： WS_2原子層薄膜 化學(xué)氣相沉積法 電輸運(yùn)特性 光電特性 電化學(xué)析氫 納米帶

【摘要】：類石墨烯過(guò)渡金屬硫?qū)倩衔?如MoS2、WS2、MoSe2、WSe2等,因具有層數(shù)依賴的帶隙結(jié)構(gòu)而受到了廣泛關(guān)注。當(dāng)它由體材減薄至單層時(shí)其帶隙由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?呈現(xiàn)出優(yōu)異的光電子學(xué)性能,有望用于光電傳感器、薄膜太陽(yáng)能電池、可穿戴設(shè)備、半導(dǎo)體集成電路等多個(gè)領(lǐng)域。在這些硫?qū)倩衔镏?本征態(tài)的WS2為雙極性半導(dǎo)體,同時(shí)具備n型和p型電輸運(yùn)特性,因此類石墨烯WS2薄膜成為了目前二維原子層材料領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本論文提出了在金屬鎢箔上原位生長(zhǎng)原子層WS2薄膜并對(duì)其光電和電催化性能進(jìn)行了研究,主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:(1)采用化學(xué)氣相沉積法,以硫粉為硫源,鎢箔為鎢源和生長(zhǎng)基底,Ar氣為載運(yùn)氣體,在700oC下反應(yīng)獲得了類石墨烯WS2原子層薄膜。研究結(jié)果表明:在700oC下生長(zhǎng)1 min即可獲得2H相的單層WS2薄膜,光吸收和光致發(fā)光特性都表明單層WS2薄膜的禁帶寬度約為2.08 eV。構(gòu)筑了單層WS2-硅二極管器件,結(jié)果表明:該器件顯示出優(yōu)異的整流特性,整流因子為1.39;并呈現(xiàn)出明顯的光響應(yīng)特性,光電轉(zhuǎn)換效率約為7.12 mA/W。(2)研究了生長(zhǎng)在鎢箔上的WS2原子層薄膜的電催化析氫性能。測(cè)試結(jié)果表明了700oC下硫化60 min時(shí)獲得的多層WS2原子層薄膜的析氫性能最優(yōu),在過(guò)電勢(shì)為0.36 V時(shí)電流密度達(dá)到10 mA/cm2,對(duì)應(yīng)的tafel斜率為82 mV/dec。另外,對(duì)鎢箔先氧化后硫化處理以制備表面粗糙的WS2薄膜。對(duì)該類薄膜也進(jìn)行了電催化性能測(cè)試,結(jié)果表明了750oC溫度下反應(yīng)30 min的樣品在過(guò)電勢(shì)為0.37 V時(shí)電流密度可達(dá)到10 mA/cm2,對(duì)應(yīng)的tafel斜率為104 mV/dec。(3)通過(guò)納米氣泡插入到多層硫化鎢原子層薄膜層間獲得了硫化鎢納米帶。表征結(jié)果表明:獲得的硫化鎢納米帶的寬度以10 nm左右為主,長(zhǎng)度多數(shù)在100 nm-200 nm左右。選區(qū)電子能譜分析表明硫化鎢納米帶中硫鎢原子數(shù)比約為1:1。高分辨透射電子顯微鏡分析表明硫化鎢納米帶為立方系晶格結(jié)構(gòu),晶面間距約為0.4 nm。
【關(guān)鍵詞】：WS_2原子層薄膜 化學(xué)氣相沉積法 電輸運(yùn)特性 光電特性 電化學(xué)析氫 納米帶
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ136.13;TB383.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 WS_2薄膜的基本物理性質(zhì)11-13
• 1.3 WS_2薄膜的化學(xué)氣相沉積法制備13-18
• 1.3.1 化學(xué)氣相沉積法的分類13-14
• 1.3.2 化學(xué)氣相沉積法制備WS_2薄膜的生長(zhǎng)機(jī)理14-16
• 1.3.3 生長(zhǎng)條件對(duì)WS_2薄膜成膜質(zhì)量的影響16-17
• 1.3.4 基底材料對(duì)WS_2薄膜成膜質(zhì)量的影響17-18
• 1.4 類石墨烯WS_2薄膜在電子器件方面的應(yīng)用18-24
• 1.4.1 WS_2薄膜的場(chǎng)效應(yīng)晶體管18-20
• 1.4.2 WS_2薄膜的光電器件20-21
• 1.4.3 基于WS_2薄膜的異質(zhì)結(jié)器件21-24
• 1.5 選題依據(jù)及研究方案24-26
• 1.5.1 選題依據(jù)24-25
• 1.5.2 本課題的研究?jī)?nèi)容、待決解的關(guān)鍵問(wèn)題及創(chuàng)新點(diǎn)25-26
• 第二章 WS_2原子層薄膜的化學(xué)氣相沉積法生長(zhǎng)及其光電性能26-46
• 2.1 引言26
• 2.2 WS_2薄膜的CVD生長(zhǎng)26-30
• 2.2.1 鎢箔預(yù)處理26-27
• 2.2.2 WS_2薄膜的CVD生長(zhǎng)27-29
• 2.2.3 鎢箔上WS_2薄膜的表征29-30
• 2.3 WS_2薄膜的鼓泡轉(zhuǎn)移30-33
• 2.4 WS_2薄膜的表征33-40
• 2.4.1 WS_2薄膜的表面形貌表征33-35
• 2.4.2 WS_2薄膜的晶體結(jié)構(gòu)表征35-36
• 2.4.3 WS_2薄膜的光學(xué)特性表征36-40
• 2.5 基于WS_2原子層薄膜的光電器件研究40-44
• 2.5.1 WS_2薄膜的二極管電輸運(yùn)特性研究41-43
• 2.5.2 WS_2薄膜的光電子輸運(yùn)特性研究43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-46
• 第三章 WS_2原子層薄膜的電催化析氫性能46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)原理及方法46-47
• 3.3 WS_2/W箔的電化學(xué)析氫性能研究47-56
• 3.3.1 不同生長(zhǎng)時(shí)間下WS_2薄膜的電催化析氫性能48-52
• 3.3.2 不同生長(zhǎng)溫度下WS_2薄膜的電催化析氫性能52-54
• 3.3.3 WS_2/W電極的電催化析氫過(guò)程分析54-56
• 3.4 鎢箔氧化-硫化處理后的電催化析氫性能56-61
• 3.4.1 鎢箔的氧化—硫化實(shí)驗(yàn)57
• 3.4.2 氧化—硫化處理的鎢箔形貌、成分分析57-59
• 3.4.3 氧化—硫化處理的鎢箔電催化析氫性能分析59-61
• 3.5 本章小結(jié)61-63
• 第四章硫化鎢納米帶結(jié)構(gòu)研究63-70
• 4.1 引言63
• 4.2 硫化鎢納米帶的制備63-64
• 4.3 金屬基底上多層WSX原子層薄膜表征64-66
• 4.4 硫化鎢納米帶結(jié)構(gòu)表征66-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章結(jié)論與展望70-72
• 5.1 全文總結(jié)70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 參考文獻(xiàn)72-79
• 致謝79-80
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表（錄用）論文情況80

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

1 張蕓秋;梁勇明;周建新;;石墨烯摻雜的研究進(jìn)展[J];化學(xué)學(xué)報(bào);2014年03期

2 唐晶晶;第鳳;徐瀟;肖迎紅;車劍飛;;石墨烯透明導(dǎo)電薄膜[J];化學(xué)進(jìn)展;2012年04期

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本文編號(hào)：825878