二硫化钨薄膜的制备及其光电和电催化性能研究

发布时间：2017-09-10 18:18

  本文关键词：二硫化钨薄膜的制备及其光电和电催化性能研究

  更多相关文章： WS_2原子层薄膜 化学气相沉积法 电输运特性 光电特性 电化学析氢 纳米带

【摘要】：类石墨烯过渡金属硫属化合物,如MoS2、WS2、MoSe2、WSe2等,因具有层数依赖的带隙结构而受到了广泛关注。当它由体材减薄至单层时其带隙由间接带隙转变为直接带隙,呈现出优异的光电子学性能,有望用于光电传感器、薄膜太阳能电池、可穿戴设备、半导体集成电路等多个领域。在这些硫属化合物中,本征态的WS2为双极性半导体,同时具备n型和p型电输运特性,因此类石墨烯WS2薄膜成为了目前二维原子层材料领域的研究热点。本论文提出了在金属钨箔上原位生长原子层WS2薄膜并对其光电和电催化性能进行了研究,主要研究内容和成果如下:(1)采用化学气相沉积法,以硫粉为硫源,钨箔为钨源和生长基底,Ar气为载运气体,在700oC下反应获得了类石墨烯WS2原子层薄膜。研究结果表明:在700oC下生长1 min即可获得2H相的单层WS2薄膜,光吸收和光致发光特性都表明单层WS2薄膜的禁带宽度约为2.08 eV。构筑了单层WS2-硅二极管器件,结果表明:该器件显示出优异的整流特性,整流因子为1.39;并呈现出明显的光响应特性,光电转换效率约为7.12 mA/W。(2)研究了生长在钨箔上的WS2原子层薄膜的电催化析氢性能。测试结果表明了700oC下硫化60 min时获得的多层WS2原子层薄膜的析氢性能最优,在过电势为0.36 V时电流密度达到10 mA/cm2,对应的tafel斜率为82 mV/dec。另外,对钨箔先氧化后硫化处理以制备表面粗糙的WS2薄膜。对该类薄膜也进行了电催化性能测试,结果表明了750oC温度下反应30 min的样品在过电势为0.37 V时电流密度可达到10 mA/cm2,对应的tafel斜率为104 mV/dec。(3)通过纳米气泡插入到多层硫化钨原子层薄膜层间获得了硫化钨纳米带。表征结果表明:获得的硫化钨纳米带的宽度以10 nm左右为主,长度多数在100 nm-200 nm左右。选区电子能谱分析表明硫化钨纳米带中硫钨原子数比约为1:1。高分辨透射电子显微镜分析表明硫化钨纳米带为立方系晶格结构,晶面间距约为0.4 nm。
【关键词】：WS_2原子层薄膜 化学气相沉积法 电输运特性 光电特性 电化学析氢 纳米带
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ136.13;TB383.2
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-26
• 1.1 引言11
• 1.2 WS_2薄膜的基本物理性质11-13
• 1.3 WS_2薄膜的化学气相沉积法制备13-18
• 1.3.1 化学气相沉积法的分类13-14
• 1.3.2 化学气相沉积法制备WS_2薄膜的生长机理14-16
• 1.3.3 生长条件对WS_2薄膜成膜质量的影响16-17
• 1.3.4 基底材料对WS_2薄膜成膜质量的影响17-18
• 1.4 类石墨烯WS_2薄膜在电子器件方面的应用18-24
• 1.4.1 WS_2薄膜的场效应晶体管18-20
• 1.4.2 WS_2薄膜的光电器件20-21
• 1.4.3 基于WS_2薄膜的异质结器件21-24
• 1.5 选题依据及研究方案24-26
• 1.5.1 选题依据24-25
• 1.5.2 本课题的研究内容、待决解的关键问题及创新点25-26
• 第二章 WS_2原子层薄膜的化学气相沉积法生长及其光电性能26-46
• 2.1 引言26
• 2.2 WS_2薄膜的CVD生长26-30
• 2.2.1 钨箔预处理26-27
• 2.2.2 WS_2薄膜的CVD生长27-29
• 2.2.3 钨箔上WS_2薄膜的表征29-30
• 2.3 WS_2薄膜的鼓泡转移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薄膜的晶体结构表征35-36
• 2.4.3 WS_2薄膜的光学特性表征36-40
• 2.5 基于WS_2原子层薄膜的光电器件研究40-44
• 2.5.1 WS_2薄膜的二极管电输运特性研究41-43
• 2.5.2 WS_2薄膜的光电子输运特性研究43-44
• 2.6 本章小结44-46
• 第三章 WS_2原子层薄膜的电催化析氢性能46-63
• 3.1 引言46
• 3.2 实验原理及方法46-47
• 3.3 WS_2/W箔的电化学析氢性能研究47-56
• 3.3.1 不同生长时间下WS_2薄膜的电催化析氢性能48-52
• 3.3.2 不同生长温度下WS_2薄膜的电催化析氢性能52-54
• 3.3.3 WS_2/W电极的电催化析氢过程分析54-56
• 3.4 钨箔氧化-硫化处理后的电催化析氢性能56-61
• 3.4.1 钨箔的氧化—硫化实验57
• 3.4.2 氧化—硫化处理的钨箔形貌、成分分析57-59
• 3.4.3 氧化—硫化处理的钨箔电催化析氢性能分析59-61
• 3.5 本章小结61-63
• 第四章硫化钨纳米带结构研究63-70
• 4.1 引言63
• 4.2 硫化钨纳米带的制备63-64
• 4.3 金属基底上多层WSX原子层薄膜表征64-66
• 4.4 硫化钨纳米带结构表征66-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章结论与展望70-72
• 5.1 全文总结70-71
• 5.2 研究展望71-72
• 参考文献72-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间发表（录用）论文情况80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张芸秋;梁勇明;周建新;;石墨烯掺杂的研究进展[J];化学学报;2014年03期

2 唐晶晶;第凤;徐潇;肖迎红;车剑飞;;石墨烯透明导电薄膜[J];化学进展;2012年04期

，

本文编号：825878