离子液修饰二维材料的制备及光电性质研究

发布时间：2020-04-28 08:09

【摘要】：二维材料在物理、化学及材料科学领域展现出了广阔的应用前景,在近年来一直占据着研究的热点。为了拓宽二维材料研究领域及家族成员,新型二维材料的研发同样引起了研究者们的广泛关注。新型二维材料的高效制备及光电性质研究成为该领域的热门研究方向。本论文主要利用离子液体对新型二维材料黑磷及锑烯进行剥离及修饰,并进一步对所得二维材料的光电性质进行研究。研究工作从二维材料的高效液相制备展开,分别制备了低聚物离子液修饰的黑磷、高聚物离子液钝化的高稳定性黑磷及高聚物离子液高效剥离的锑烯等,并进一步研究了这些新型有机-无机复合材料在非线性光学及光电转换中的应用。这篇论文主要包括以下五个部分:1.通过离子液体辅助超声剥离黑磷,得到了高浓度的黑磷纳米片分散液,并将该复合材料应用于非线性光学器件。利用离子液体与黑磷之间的强相互作用高效剥离黑磷,并使用Z扫描技术探究了黑磷纳米片优异的饱和吸收非线性光学性质。进一步将该材料应用于激光锁模应用中,实现了离子液/黑磷复合物在2μm波长区域的锁模。2.制备了环境稳定的黑磷纳米片,并研究了该材料在柔性光电检测器中的性质。利用稀释的高聚物离子液辅助超声剥离黑磷,得到了高浓度、高稳定性的高聚物离子液/黑磷纳米片复合材料。通过紫外、拉曼、SEM和TEM等监测手段,证明了高聚物离子液/黑磷纳米复合材料在溶液、激光和普通空气环境下的高稳定性。得益于高聚物离子液的高机械强度和良好的电导性质,基于该复合纳米材料的柔性光电检测器显示出了优异的光电探测性质。3.制备了高聚物离子液修饰的二维锑烯,并研究了其光电响应性质。利用高聚物离子液的液相辅助超声剥离,得到了高浓度的锑烯分散液。通过紫外、拉曼、AFM和TEM等手段,研究了该材料的结构和光学性质。采用电化学沉积法,在导电玻璃表面得到了均一的锑烯薄膜,并进一步探究了该材料在溶剂中的光电响应性质。4.利用电化学剥离方法,制备了大片的黑磷纳米片、锑氧化物纳米片,并研究了这些材料在光电响应中的性质。探究了电解液种类、浓度以及电压对纳米材料的剥离效果。通过紫外、XRD、拉曼、TEM等手段,对这些材料的结构、元素组成及光学性质进行了探究,对这些材料的光电响应性质进行了探究。5.制备了一系列非层状过渡金属碳化物二维材料,并研究了该系列材料的非线性光学性质。利用该系列非层状材料的硬度各向异性,我们通过溶剂辅助滑移剥离法得到了对应的二维材料。通过紫外、XRD、拉曼、XPS、TEM、AFM和Z扫描等技术,研究了该系列材料的结构形貌及光学性质。该系类材料中二维TiC纳米片的非线性饱和吸收性质最为突出。进一步将该材料应用于激光锁模,并实现了其在1μm和2μm波长区域的锁模。
【图文】：

二维材料,六方氮化硼,石墨,过渡金属

氧化石墨烯由于其突出的导电性，作为电极应[6]。氧化还原石墨烯和 MoS2的薄膜被应用于高性能其他二维材料混合制备的薄膜，在柔性金属离子电效果[8]。作为分子筛，二维 MOF 薄膜展现出超高的材料作为有源层，在太阳能电池和存储器件中也：二维材料原子的高暴露比，使得该系列材料相对于饰功能化。通常采用元素掺杂、形成缺陷、分子修饰[10]，使得二维材料的性质得到调整优化，更利于材料如，通过有机分子的修饰，石墨烯的带隙可以被打开。在石墨烯原子结构内掺杂 N、S、P 或 B 元素，性的石墨烯展现出高效的电催化性能[12]。其他二维到预期的性质优化。材料的分类

示意图,晶体结构,示意图,过渡金属硫化物

s、LDHs、黑磷、锑烯等。非层状二维材料包括金属、金属氧化物和有机/无机钙钛矿复合物等。在接下来的章节中，我们会集中介料家族中的黑磷和锑烯，以及非层状二维材料的合成方法。磷在 1914 年，，美国科学家就通过高压的方法制备获得了黑磷[15]，黑磷元素的同素异形体是最稳定的[16]。随着黑磷光电性质的进一步关于黑磷的研究重新被重视并得到了井喷式的发展。黑磷拥有厚直接带隙，在能带范围上填补了石墨烯（0eV）和过渡金属硫化物之间的空白。不同于石墨烯和过渡金属硫化物，黑磷同时拥有可率和电子开关比。这些优异的性质赋予了黑磷在光电应用领域不可力。2.1 黑磷的性质
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB33

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