过渡金属二硫属化物纳米片的合成与性能研究

摘要

二维过渡金属硫属化合物(TMDs)纳米材料因其独特的性质促进了能源和探测领域的研究。一方面，TMDs作为常规电催化剂金属铂的替代品在电化学析氢(HER)领域为降低成本带来了很大的希望，以TMDs作为电催化剂的研究在近几年得到一个突飞猛进的发展，如何提高电催化剂的催化活性是当前亟待解决的重要问题。另一方面，TMDs在光电探测器领域的应用也越发广泛，构建高性能光电探测器是广大科研人员的希望和目标。本文主要研究了TMDs纳米材料分别在电化学析氢和光电探测器两个领域的特性，主要科研成果如下:
　　(1)首次成功实现了在导电基底FTO上制备出ZnSe/MoSe2复合纳米管阵列，作为高效且无需使用粘结剂的HER电催化剂。这种复合的纳米管阵列与纯的MoSe2纳米球作为电催化剂相比，显示出具有更小的Tafel斜率(73mV/decade)和更低的起始点位(68mV)，表明ZnSe/MoSe2复合纳米管阵列具备优越的催化能力。这种电催化剂使得在析氢过程除了避免使用粘结剂，层间距得到扩展的MoSe2和ZnSe异质界面的能级调制有助于电子在两种半导体之间的快速转移，从而提高了电催化剂，电解质界面的电催化活性，大大改善了HER性能。这项工作为通过设计半导体异质结开发高性能的HER的电催化剂开辟了一种新的途径。
　　(2)利用溶液法制备了基于二维材料WS2纳米片的高灵敏高响应速度的光电探测器。由于独特的合成方法，制备的WS2纳米片具有层层堆叠特性，增强了光的吸收，并以此构建成基于WS2的二维-三维(2D-3D)可兼容的光电探测器。该器件在光照条件下显示出了优越的光电特性，具有～2×1012Jones(Jones=cm·Hz1/2W-1)高的探测率，响应速度高达1.973/7.236μs，最重要的是该探测器在0V偏压光功率密度为1.55μW cm-2的条件下达到了293.6％的超高的外部量子效率。器件性能优于当前所报道的WS2光电探测器，简单的材料的制备方法和器件制备工艺为高性能光电探测器的应用提供了广阔的前景。
　　以上的研究结果表明，通过改变TMDs纳米材料的结构和形貌可以实现材料的不同特性，进而实现在不同领域中的应用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究背景

1．1．1 电化学析氢的研究背景

1．1．2 光电子器件的研究背景

1．2 二维层状纳米材料

1．2．1 二维层状纳米材料的研究意义

1．2．2 二维层状纳米材料的结构

1．2．3 二维层状纳米材料的制备方法

1．2．4 二维层状纳米材料的表征

1．3 纳米复合材料

1．3．1 纳米复合材料的研究意义

1．3．2 纳米复合材料的分类和制备方法

1．4 电化学析氢

1．4．1 电化学析氢的概述

1．4．2 电化学析氢的电极材料

1．5 光电探测器

1．5．1 光电探测器的概述

1．5．2 光电探测器的性能指标

1．5．3 光电探测器的表征

1．6．1 关于ZnSe／MoSe2纳米复合材料作为电催化剂的析氢性能的研究

1．6．2 基于WS2纳米片作为吸光材料制备光电探测器性能的研究

第二章 ZnSe／MoSe2复合纳米管的制备及电化学析氢性能研究

2．1 引言

2．2．2 ZnSe／MoSe2复合纳米管的制备

2．2．3 ZnSe／MoSe2复合纳米管的表征

2．3 ZnSe／MoSe2复合纳米管析氢性能研究

2．4 本章小结

第三章 WS2纳米片的合成及光电探测性能研究

3．1 引言

3．2 WS2纳米片的合成与表征

3．2．1 WS2纳米片的制备

3．2．2 WS2纳米片的表征

3．3 基于WS2纳米片光电器件的构建及其性能研究

3．3．1 基于旋涂法制备的n-n Si／WS2异质结

3．3．2 n-n Si／WS2电极的制备

3．3．3 n-n Si／WS2作为光电器件性能的研究

3．4 本章小结

第四章 总结和展望

4．1 总结

4．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况