Cr和W共掺杂单层MoS 2 的电子结构和光学性质的理论研究
发布时间：2021-08-06 20:29
材料体系通常可以分为零维、-维、二维和三维体系。其中由于二维层状材料在电学、光学及催化等各个方面的优异特性而受到了研究人员的密切关注。石墨烯材料是目前研究,应用最为广泛,研究热度最高的二维材料体系。但是石墨烯材料由于零带隙的特点而产生的局限性,探索新型二维材料已经成为新的研究课题。二维硫族化物因其对环境友好,自然界存量充足和十分优异的电学性质而引起了人们的广泛研究与关注。其中二硫化钼的研究已经成为科研工作者的热点研究领域,这主要归功于二硫化钼其类似于石墨的层状结构与十分稳定的化学性质,所以在光学,电学,摩擦润滑领域都有着非常有前景的研究意义和可挖掘的市场价值。为了探索层状二硫化钼基体材料在光电子学领域中更多的用途,本文应用基于密度泛函理论的第一性原理,通过Materials Studio软件软件包中的CASTEP模块模拟计算,采用了通过Cr、W原子掺杂,变换掺杂方式和占位的办法实现对二硫化钼的电子结构和光学性质的改变,进而改变了材料在应用领域的性能以实现拓宽其应用的目的。完成的主要工作如下:首先完成不同体系的模型的建立,然后通过CASTEP模块的初步计算,我们得到了不同体系的总能量,再...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoS2晶体结构示意图[5]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1.22H-MoS2晶体结构示意图（原胞）图1.32H-MoS2晶体学数据（ICSD数据库）图1.3展示的是2H-MoS2体系的相关晶体学数据，该数据来自ICSD晶体学数据库，再根据FINDIT平台获得的最新的2H-MoS2体系相关数据。从图1.3可以看出：2H-MoS2属于六方晶系，晶格常数为a=b=3.168，
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-c=12.322，α=β=90°，γ=120°，空间群编号为P63/MMC，Mo与S的键长为2.405，S-Mo-S所形成的键角为82.152°。每个单胞由钼原子和硫原子2：1形成，其中每一层2H-MoS2体系由一层钼原子和两层硫原子堆叠而成，这有些类似于汉堡结构，如图1.4所示。这种2H-MoS2单层结构具有很好的稳定性，这主要是因为钼原子与硫原子之间形成的价键是共价键。而2H-MoS2层间易剥离，这主要是因为层与层之间以较弱的范德华力相互作用。其中，层间距约为0.66nm。体材料二硫化钼是由多层的单层二硫化钼通过范德华作用力形成在一起的[8]，且随着体系层数的减少，材料的带隙宽度由体材料的1.30eV增加到单层二硫化钼的1.75eV左右。同时其带隙类型也发生了明显的变化，从体材料的双层二硫化钼均是间接带隙半导体，当剥离至只有单层二硫化钼体系时，二硫化钼的带隙宽度达到最大，且变成为直接带隙半导体[9]。图1.4单层2H-MoS2晶体结构示意图1.2.2单层MoS2晶体结构性能特点二硫化钼具有许多优良的性质，但是一般的体材料二硫化钼由于其比表面积小，因而并没有很多的应用[10]。但是当二硫化钼被剥离成薄膜时，比表面积得到大幅度的提升，突破了比表面积对材料性能的限制，使得在实际中有很多的应用。主要包括：明显的各向异性，化学稳定性，润滑性，光电性以及高催化性[11-15]。（1）各向异性：由于MoS2具有层状结构的特点，所以MoS2也存在类似石墨烯结构所具有的各向异性。各向异性是指许多性质在不同方向上由明显的差异，例如，对于本征MoS2半导体而言，平行于MoS2片层方向的导电性能大约是垂直于片层方向的导电性能的1000倍[16]，这主要是因为层间是以范德华键相互作用的，所以该方向上的导电性能较差。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]运用对比法学习固体物理学能带理论[J]. 王红心,谭德勇. 教育现代化. 2019(76)
[2]氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响[J]. 来国红,余志强,张昌华,廖红华. 材料导报. 2015(18)
[3]Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算[J]. 范梦慧,谢泉,岑伟富,蔡勋明,骆最芬,郭笑天,闫万珺. 半导体光电. 2015(04)
[4]单层二硫化钼光学性质的第一性原理计算[J]. 杨志鹏,吴顺情,文玉华,朱梓忠. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质[J]. 张昌华,余志强,廖红华. 发光学报. 2014(07)
[6]单层MoS2分子掺杂的第一性原理研究[J]. 刘俊,梁培,舒海波,沈涛,邢凇,吴琼. 物理学报. 2014(11)
[7]La,Ce,Nd掺杂对单层MoS2电子结构的影响[J]. 雷天民,吴胜宝,张玉明,郭辉,陈德林,张志勇. 物理学报. 2014(06)
[8]V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究[J]. 曹娟,崔磊,潘靖. 物理学报. 2013(18)
[9]应变对单层二硫化钼能带影响的第一性原理研究[J]. 吴木生,徐波,刘刚,欧阳楚英. 物理学报. 2012(22)
[10]应变和C掺杂对单层BN纳米片的电子结构和磁学性质的影响[J]. 何开华,陈琦丽,王清波,王希成,姬广富,高本州. 原子与分子物理学报. 2011(06)
博士论文
[1]稀土掺杂层状MoS2和SnS2光磁特性研究[D]. 赵琪.吉林大学 2019
硕士论文
[1]掺杂对单层MoS2气敏性能影响的第一性原理研究[D]. 臧道俊.江苏大学 2018
[2]新型二维材料的光电特性与量子霍尔效应探究[D]. 刘少伟.南京信息工程大学 2018
[3]过渡金属掺杂二维MoS2材料的电子结构与磁性质研究[D]. 兰兰.哈尔滨理工大学 2015
[4]纳米MoS2及其衍生结构的电子结构与光学性质[D]. 陈鑫.南京航空航天大学 2015
[5]MoS2-WS2和MoS2-MoTe2单层异质结构及Fe掺杂的单层MoS2的第一性原理研究[D]. 王前文.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2014
本文编号：3326439
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：69 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MoS2晶体结构示意图[5]
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-3-图1.22H-MoS2晶体结构示意图（原胞）图1.32H-MoS2晶体学数据（ICSD数据库）图1.3展示的是2H-MoS2体系的相关晶体学数据，该数据来自ICSD晶体学数据库，再根据FINDIT平台获得的最新的2H-MoS2体系相关数据。从图1.3可以看出：2H-MoS2属于六方晶系，晶格常数为a=b=3.168，
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-4-c=12.322，α=β=90°，γ=120°，空间群编号为P63/MMC，Mo与S的键长为2.405，S-Mo-S所形成的键角为82.152°。每个单胞由钼原子和硫原子2：1形成，其中每一层2H-MoS2体系由一层钼原子和两层硫原子堆叠而成，这有些类似于汉堡结构，如图1.4所示。这种2H-MoS2单层结构具有很好的稳定性，这主要是因为钼原子与硫原子之间形成的价键是共价键。而2H-MoS2层间易剥离，这主要是因为层与层之间以较弱的范德华力相互作用。其中，层间距约为0.66nm。体材料二硫化钼是由多层的单层二硫化钼通过范德华作用力形成在一起的[8]，且随着体系层数的减少，材料的带隙宽度由体材料的1.30eV增加到单层二硫化钼的1.75eV左右。同时其带隙类型也发生了明显的变化，从体材料的双层二硫化钼均是间接带隙半导体，当剥离至只有单层二硫化钼体系时，二硫化钼的带隙宽度达到最大，且变成为直接带隙半导体[9]。图1.4单层2H-MoS2晶体结构示意图1.2.2单层MoS2晶体结构性能特点二硫化钼具有许多优良的性质，但是一般的体材料二硫化钼由于其比表面积小，因而并没有很多的应用[10]。但是当二硫化钼被剥离成薄膜时，比表面积得到大幅度的提升，突破了比表面积对材料性能的限制，使得在实际中有很多的应用。主要包括：明显的各向异性，化学稳定性，润滑性，光电性以及高催化性[11-15]。（1）各向异性：由于MoS2具有层状结构的特点，所以MoS2也存在类似石墨烯结构所具有的各向异性。各向异性是指许多性质在不同方向上由明显的差异，例如，对于本征MoS2半导体而言，平行于MoS2片层方向的导电性能大约是垂直于片层方向的导电性能的1000倍[16]，这主要是因为层间是以范德华键相互作用的，所以该方向上的导电性能较差。?
【参考文献】：
期刊论文
[1]运用对比法学习固体物理学能带理论[J]. 王红心,谭德勇. 教育现代化. 2019(76)
[2]氧和硒掺杂对单层二硫化钼电子结构与光电性质的影响[J]. 来国红,余志强,张昌华,廖红华. 材料导报. 2015(18)
[3]Tc-P共掺杂单层MoS2光电特性的第一性原理计算[J]. 范梦慧,谢泉,岑伟富,蔡勋明,骆最芬,郭笑天,闫万珺. 半导体光电. 2015(04)
[4]单层二硫化钼光学性质的第一性原理计算[J]. 杨志鹏,吴顺情,文玉华,朱梓忠. 厦门大学学报(自然科学版). 2014(04)
[5]Te掺杂单层MoS2的电子结构与光电性质[J]. 张昌华,余志强,廖红华. 发光学报. 2014(07)
[6]单层MoS2分子掺杂的第一性原理研究[J]. 刘俊,梁培,舒海波,沈涛,邢凇,吴琼. 物理学报. 2014(11)
[7]La,Ce,Nd掺杂对单层MoS2电子结构的影响[J]. 雷天民,吴胜宝,张玉明,郭辉,陈德林,张志勇. 物理学报. 2014(06)
[8]V,Cr,Mn掺杂MoS2磁性的第一性原理研究[J]. 曹娟,崔磊,潘靖. 物理学报. 2013(18)
[9]应变对单层二硫化钼能带影响的第一性原理研究[J]. 吴木生,徐波,刘刚,欧阳楚英. 物理学报. 2012(22)
[10]应变和C掺杂对单层BN纳米片的电子结构和磁学性质的影响[J]. 何开华,陈琦丽,王清波,王希成,姬广富,高本州. 原子与分子物理学报. 2011(06)
博士论文
[1]稀土掺杂层状MoS2和SnS2光磁特性研究[D]. 赵琪.吉林大学 2019
硕士论文
[1]掺杂对单层MoS2气敏性能影响的第一性原理研究[D]. 臧道俊.江苏大学 2018
[2]新型二维材料的光电特性与量子霍尔效应探究[D]. 刘少伟.南京信息工程大学 2018
[3]过渡金属掺杂二维MoS2材料的电子结构与磁性质研究[D]. 兰兰.哈尔滨理工大学 2015
[4]纳米MoS2及其衍生结构的电子结构与光学性质[D]. 陈鑫.南京航空航天大学 2015
[5]MoS2-WS2和MoS2-MoTe2单层异质结构及Fe掺杂的单层MoS2的第一性原理研究[D]. 王前文.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2014
本文编号：3326439
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3326439.html
