分层结构二硫化钼的控制合成及其气敏性能的研究

摘要

二硫化钼由于其具有层状结构、较大的比表面积、独特的机械、化学和电学性能，使其在气体检测领域引起了人们的极大兴趣。特别是由低维纳米尺度构件组装而成的各种三维分层MoS2纳米结构，由于其具有比传统纳米晶体更短的气体扩散长度、更灵敏的电子特性和更充足的活性位点，被认为是最有发展前景的气敏材料。因此，开发和控制合成一系列具有不同形貌的三维分层MoS2纳米材料已成为研究热点。此外，异质结构能克服单相气敏材料固有的一些问题，对改善材料的气敏性能有着非常重要的作用。因此，设计和合成MoS2与p型半导体构成的异质结构将有望获得优异的气体传感性能。　　本论文采用操作简单的水热法和化学沉淀法成功制备出不同分层结构的二硫化钼及其复合材料，并探讨了各样品的生长机理。此外，研究了 CTAB 的添加量对MoS2最终形貌的影响。最后，将合成的样品制作成气体传感器，检测其气敏性能。所得研究结果如下：　　① 以CTAB为辅助剂，采用简单的水热法成功制备了由纳米片组装的三维分层类花状MoS2纳米球。发现CTAB的浓度对MoS2的形貌有着重要的影响。此外，该类花状MoS2纳米球传感器对NO2表现出较高的响应值和优异的选择性，这可能与该材料开放、分层的结构以及由超薄纳米薄片组装的丰富的微反应室有关。　　② 以CTAB为软模板，以钼酸钠和硫脲为钼源和硫源，通过水热法成功地制备了由纳米片组装的分层多孔MoS2纳米球。当不断增加CTAB的加入量时，得到的MoS2的形貌依次为实心球、空心球、蠕虫状直至形状破碎。此外，多孔 MoS2纳米球体气体传感器表现出比以往文献报道中的二硫化钼基氢气传感器更优异的气敏性能，这可能得益于其中空、多孔的结构以及粗糙的内表面。　　③ 采用两步溶液法成功制备了新型三维多孔Cu2O-MoS2微球。该复合材料是由大量Cu2O纳米颗粒均匀包覆的多孔MoS2微球构成的。Cu2O-MoS2微球气体传感器对NH3表现出优异的气敏性能，这可能归功于其独特结构以及p-n异质结在n型MoS2和p型Cu2O接口处的形成。

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 半导体气体传感器概述

1.2.1 半导体气体传感器的分类及工作原理

1.2.2 半导体气体传感器的主要参数

1.2.3 半导体气敏传感器的应用与研究进展

1.3 二硫化钼气敏材料概述

1.3.1 MoS2的晶体结构与基本性质

1.3.2 MoS2制备方法

1.3.3 MoS2气敏传感器研究进展

1.4.1 本论文的研究的意义、目的

1.4.2 本论文的主要内容

2 材料制备及表征方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验方案

2.4 材料结构表征

2.4.1 X射线衍射仪(XRD)

2.4.2 场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)

2.4.3透射电子显微镜(TEM)

2.5 气敏性能表征

2.5.1衬底薄膜传感器的制备

2.5.2 气敏性能测试

3 分层MoS2纳米球的合成及气敏性能

3.1 引言

3.2 分层MoS2纳米球的制备

3.3 样品表征与分析

3.3.1 物相分析

3.3.2 形貌分析

3.4 MoS2纳米球生长机理

3.5 MoS2纳米球气敏性能

3.6 MoS2纳米球气敏机理研究

3.7 本章小结

4 分层多孔MoS2纳米球的合成及气敏性能

4.1 引言

4.2 多孔MoS2纳米球的制备

4.3 样品表征与分析

4.3.1 物相分析

4.3.2 形貌分析

4.4 多孔MoS2纳米球生长机理

4.5 多孔MoS2纳米球气敏性能

4.6 多孔MoS2纳米球气敏机理研究

4.7 本章小结

5 分层多孔Cu2O-MoS2微球的合成及气敏性能

5.1 引言

5.2 制备过程

5.2.1 分层多孔MoS2微球的制备

5.2.2 Cu2O纳米颗粒的制备

5.2.3 多孔Cu2O-MoS2微球的制备

5.3 样品表征与分析

5.3.1 物相分析

5.3.2 形貌分析

5.4 多孔Cu2O-MoS2微球生长机理

5.5 多孔Cu2O-MoS2微球气敏性能

5.6 多孔Cu2O-MoS2微球气敏机理研究

5.7 本章小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附录

A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文

B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录

C. 学位论文数据

致谢

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