Ag掺杂MoS2纳米材料制备及理论研究

摘要

MoS2属于过渡金属硫化物，具有天然可调控的电子带隙结构，二维层状MoS2不同于传统材料，在本文中，通过掺杂对材料的电学和光学性能进行调控，本文从实验制备和理论计算两方面研究了本征单层MoS2和Ag掺杂MoS2纳米材料，另外本文还进行了Sb元素掺杂MoS2的理论研究。 在本文中，实验部分主要通过水热法分别合成了本征MoS2纳米片和Ag掺杂的MoS2纳米片，纳米片的厚度范围为0.9至1.1nm;此外，紫外可见光吸收测试表明Ag掺杂MoS2纳米片的吸收光谱随Ag含量的增加而增加：同时也对对Ag掺杂MoS2纳米片的光催化性能进行了测试，结果显示Ag掺杂的MoS2纳米片的光催化制氢率可达到2695umol h-1g-1且具有良好的稳定性．理论部分采用密度泛函理论研究了未掺杂单层MoS2与Ag掺杂单层MoS2的介电函数、吸收系数、折射率和电子结构，模拟结果显示，Ag掺杂MoS2结构体系在紫外,可见光区域的吸收强度显着增强，并且Ag掺杂单层MoS2体系的导带与本征MoS2相比是降低的。因此，Ag掺杂MoS2可以优化能带结构，从而提高光催化活性。以上研究表明实验测试与理论计算结果相吻合。 基于第一性原理理研究了本征MoS2和Sb掺杂单层MoS2的电子结构和光学性质，结果显示：未掺杂MoS2和Sb替位式Mo掺杂单层MoS2是带隙分别为1.68eV和1.06eV的直接带隙半导体，然而，Sb替位式S掺杂单层MoS2是带隙为1.47eV的间接带隙半导体，故掺杂Sb可以很好地调控MoS2的能带结构。Sb掺杂后MoS2吸收光谱的能量宽度明显变大，吸收明显增强。这些理论结果有望为基于单层Mos2的光电子纳米器件的设计提供有用的指导。

目录

声明

1 绪论

1.1 引言

1.2 纳米半导体材料

1.2.1 纳米半导体材料概述

1.2.2 纳米半导体材料的基本特性

1.2.3 纳米半导体材料的特殊性质

1.2.4 二维纳米半导体材料

1.3 纳米半导体材料制备技术

1.3.3 分子束外延法（MBE）

1.3.4 溶胶-凝胶法

1.3.5 水热法

1.4 二硫化钼的结构与性质及应用

1.4.1 二硫化钼的结构

1.4.2 二硫化钼的制备

1.4.3 二硫化钼的性质及应用

1.5 本文选题依据及主要研究背景

1.5.1 选题依据

1.5.2 主要研究内容

2 MoS2纳米片的制备及表征

2.1 实验原料及实验仪器

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验设备及表征仪器

2.2 MoS2纳米片的制备

2.2.1 实验方案

2.2.2 添加剂剂量对样品制备的影响

2.2.3 反应温度对样品制备的影响

2.2.4 反应时间对样品制备的影响

2.3 本章小结

3 Ag掺杂MoS2纳米片的制备及光催化性能研究

3.1 Ag掺杂MoS2纳米片的制备

3.2 Ag掺杂MoS2纳米片的表征

3.2.1 微结构分析

3.2.2 组成分析

3.2.3 晶相分析

3.2.4 Ag掺杂MoS2纳米片的XPS分析

3.2.5 透射电子显微镜表征

3.2.6 紫外-可见吸收光谱测试

3.3 Ag掺杂MoS2纳米片光催化性能

3.3.1 纳米材料光催化产氢背景

3.3.2 Ag掺杂MoS2纳米片光催化体系稳定性的研究

3.4 本章小结

4 Ag掺杂MoS2的理论研究

4.1引言

4.2 计算方法

4.2.1第一性原理

4.2.2密度泛函理论

4.2.3交换相关势

4.2.5 软件设置参数

4.2.6 Ag掺杂单层MoS2的模型构建

4.3 结果与讨论

4.3.1 能带与态密度

4.3.2 差分电荷密度

4.3.3 光学性质

4.4 Ag掺杂MoS2纳米片光催化性能的理论研究

4.4.1 体系产氢机理初探

4.5 本章小结

5 Sb掺杂MoS2的理论研究

5.1引言

5.1.1 计算方法及软件参数设置

5.1.2 Sb掺杂单层MoS2的模型构建

5.2 计算结果与讨论

5.2.1 形成能

5.2.2 能带与态密度

5.2.3 差分电荷密度

5.2.4 光学性质

5.3 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录

硕士期间研究成果