ZnO/CdS/MoS2异质结纳米棒阵列的制备及性能研究

摘要

芯-鞘异质结纳米线（棒）的研究，特别是宽带芯/窄带鞘异质结纳米线（棒）的研究，近年来受到国内外广泛关注。这是因为在宽带芯/窄带鞘纳米结构中，激发的电子和空穴空间上分离分别进入芯纳米线（棒）和包裹鞘层，有利于改善（或提高）器件的输运特性和光电转换效率，所以在新型光电子、电子器件等方面具有重要应用价值。
　　本文发展了水热法，以钼粉和过氧化氢作为前驱体与硫脲溶液混合后在200 oC进行反应，制备出了两到三层的MoS2纳米片。利用X射线衍射，拉曼光谱，透射电子显微镜以及光致发光光谱对制得的MoS2样品进行了表征。结果证实，通过水热法制备得到的MoS2呈现片状形貌，且层数为两到三层。在此基础上，研究了MoS2纳米片晶的电化学性能。MoS2纳米片的首次充放电比容量分别为820 mAh g-1和1078 mAh g-1，经过20次循环充放电后，MoS2纳米片的放电比容量达到了1127 mAh g-1。与其它纯相的MoS2纳米结构相比，制备的少层MoS2纳米片无论在循环性能或是充放电比容量方面都有显著提高。
　　发展了连续离子层吸附法，以 ZnO纳米棒阵列为模板，将窄带CdS和更窄带层状MoS2依次包覆在ZnO纳米棒表面，得到一种比表面积增大的ZnO/CdS/MoS2异质结纳米棒阵列。利用X射线衍射，扫描电子显微镜，透射电子显微镜和拉曼光谱对产物进行了表征。结果表明，产物是ZnO/CdS/MoS2异质结纳米棒阵列，ZnO纳米棒芯是单晶，CdS鞘也是单晶，MoS2鞘是多晶，且也是少层结构（两到三层）。CdS鞘和MoS2鞘依次均匀地包覆在垂直生长的ZnO纳米棒上，且结合过程中未明显影响内芯 ZnO的棒状结构。在异质结结构中，ZnO/CdS界面、CdS/MoS2界面接触良好且晶格失配率低。此外，一维ZnO纳米棒阵列的存在也抑制了MoS2在c轴方向上的堆积，使包覆在纳米棒上的MoS2以少层的形式存在。原位电输运特性表明，和ZnO纳米棒和ZnO/CdS异质结纳米棒相比，ZnO/CdS/MoS2异质结纳米棒则呈现出了更优的电学特性。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 MoS2的晶体结构

1.3 MoS2的物理性质

1.4 MoS2纳米片的制备方法

1.5 MoS2纳米材料的应用

1.6 过渡金属硫化物异质结研究进展

1.7 ZnO的结构以及制备方法与其特性

1.8 CdS纳米材料结构及其性质

1.9 研究内容及意义

第二章水热法合成少层MoS2纳米片晶及其表征

2.1引言

2.2 实验部分

2.3 样品的机理与微结构分析

2.4 样品的振动性能

2.5 样品的光学性质

2.6 样品的电化学性能

2.7 本章小结

第三章 ZnO/CdS/MoS2异质结纳米棒的制备及其表征

3.1 引言

3.2 实验原料和设备

3.3 样品的物相与微结构分析

3.4 样品的振动性能

3.5 样品的电学性能

3.6 可能的生长机理

3.7 本章小结

第四章 总结和展望

参考文献

攻读学位期间的研究成果

致谢