Bi2Se3/MoS2异质结的光学性质

对单层MoS₂与纳米级别厚度的Bi₂Se₃薄片进行组合构建超薄异质结,利用HR-Evolution显微共聚焦拉曼光谱系统,结合反射、拉曼和荧光光谱学测试技术,对Bi₂Se₃/MoS₂异质结中的激子发光、异质结中的界间相互作用和电荷转移等行为进行了深入而系统的研究.首先,利用干法转移技术将不同厚度的Bi₂Se₃薄片转移到CVD生长的单层MoS₂上构建Bi₂Se₃/MoS₂异质结.然后,利用反射光谱和拉曼光谱技术探测异质结的平整度和界面耦合质量,表明异质结的2种材料发生堆叠后具有良好的平整度,按照不同厚度对白光保留着良好的透光性;2种材料堆叠时没有引入附加应力,形成的异质结具有良好的界面耦合质量.最后,通过对异质结的荧光光谱研究发现下层母体材料MoS₂的A、B激子峰的发光效率大大减弱,同时它们的发光波长随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐减小,半高宽随着上层Bi₂Se₃薄片的厚度增加逐渐变窄,这说明电子传递到Bi₂Se₃/MoS₂界面后发生退激发,使得MoS₂的发光发生明显猝灭,而且该结果可能还包括异质结的电子能带结构变化导致电荷发生重新分布的的更深层次原因.该研究对新型光电子器件的设计和应用具有一定的意义和指导作用.     

空心绣球状MoS2/ZnS/ZnO异质结材料的制备及太阳光下降解四环素的研究

采用水热法制备绣球状ZnO纳米微球,再以其为晶核,通过原位生长及氨的渗入腐蚀成功制备了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结光催化材料。采用SEM、TEM、XRD、XPS、BET及UV-VIS对样品的形貌、组织结构、成分、比表面积及光吸收等性能进行了表征。探讨了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料的形成机制,研究了空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料催化降解机理及四环素的降解过程。结果表明：尺寸均一、比面积大的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料不仅能实现宽窄带隙材料的有效杂化,促进材料对太阳光中可见光的利用,还能使光生电子及空穴分别转移至ZnO CB和MoS₂ VB中,有效地分离了光生电子空穴,光催化性能最佳。在太阳光模拟器的照射下反应2 h之后,8 h合成的空心绣球状MoS₂/ZnS/ZnO异质结材料对四环素的降解效果最好,降解率高达91%。     

S-scheme ZnO/MoS2异质结构筑与对盐酸四环素降解性能

抗生素药物使用范围广且用量大,导致大量抗生素废水进入水体或者残留在土壤环境中,对人类健康造成威胁,然而传统工艺对其去除效果并不理想.以ZnO为基底,通过掺杂MoS₂,制备了S-scheme ZnO/MoS₂异质结复合材料,研究了该材料对抗生素废水的净化性能.通过调节复合材料中ZnO含量、光照条件、盐酸四环素浓度等,探讨了ZnO/MoS₂复合材料对不同浓度盐酸四环素(tetracycline hydrochloride,TC)废水的净化效果.结果表明:在光照条件下,催化剂复合比为1∶1的ZnO/MoS₂复合材料对60 mg·L^－1四环素废水的降解效率可达88%(pH=7,105 min);电子传递与污染物降解机理研究表明,电子由ZnO导带迁移至MoS₂价带,形成S-scheme异质结,从而有效提高了催化效率与污染物降解性能.     

微氧化MXene/MoS2复合膜分离净化效能及稳定性增强机制研究

二维纳米材料由于优异的理化性质和易于调控的特点,在新型膜材料的开发与应用中受到了广泛关注.基于二维材料层层堆叠可以制备二维膜,而如何对二维膜进行结构性能上的改进是目前该领域聚焦的前沿问题.MXene膜是一种新型二维膜,在分离净化领域具有较大应用潜力.然而,目前MXene膜的分离净化效能主要受到膜的结构稳定性和改性方法的限制.本研究采用了通过异质纳米材料MoS₂插层,随后进行温和且快速预氧化,可获得稳定的纳米层状结构,从而得到一种MXene(Ti₃C₂T_x)/MoS₂高性能复合膜.MXene/MoS₂复合膜的水通量显著提高,对目标污染物染料的去除率高达99.9%.与未氧化的MXene膜相比,复合膜对NaCl和MgCl₂的渗透抑制效率分别提高了48.4%和82.0%.此外,复合膜在结构/外观和通量方面表现出长期的稳定性.因此,利用预氧化/插层法制备的复合膜对MXene膜结构调控和性能优化提供了新策略和新思路.     

二维异质结MoS_2/WSe_2能带排列的第一性原理研究

由于二维材料具有丰富的物理化学性质,比如在场效应管、薄膜电路等低微纳米器件上有巨大的潜在应用价值,从而吸引了研究者们的广泛关注和兴趣.本文中,我们采用第一性原理方法,对两种二维材料MoS_2和WSe_2组成的一种新形式的异质结进行能带排列方面的探索.首先,我们将两种材料堆叠成垂直方向,增大层间距,考察基本没有相互作用时的能带排列.然后,我们分别考察MoS_2/MoS_2-WSe_2以及WSe_2/WSe_2-MoS_2两种结构.结果发现,在组成异质结材料之后,层间的弱相互作用对两个组分材料的能带和态密度都有非常重要的影响.随着双层区域尺寸的增加,其价带顶和导带底都会有连续的变化,能带排列趋于安德森极限.此理论工作,将有助于人们理解各种类型的二维异质结能带排列情况,进而帮助理解低维器件的性能变化.     

基底材料对MoS2的应变场影响

利用有限元法分析对生长在Au、Cu、Al₂O₃、SiO₂、Ni这5种不同基底上的层状MoS₂的应变分布进行模拟仿真.研究结果表明:基底材料的泊松比不同会使得基底和MoS₂的y方向形变都不相同; 基底的杨氏模量不同会使得不同基底底部与二硫化钼(MoS₂)顶部的应变差别不同.在膨胀过程中,y方向底端的拉伸应变大于中间的拉伸应变,这会导致基底与顶端应变高于中间的应变.因此,基底材料的杨氏模量和泊松比与MoS₂的应变分布密切相关.根据仿真结果可得,由于MoS₂在Au和SiO₂基底上所受到的应变较小,导致MoS₂的顶端和基底底部应变差较大,因此容易造成剥离脱落; 而在Al₂O₃基底上,由于基底材料具有较高的杨氏模量,且与MoS₂比较接近,所以MoS₂顶端和基底底部呈现的应变差接近.由此可见,在这些材料当中,Al₂O₃更适合作为MoS₂的基底材料.通过研究基底材料的应变场分布,能更好地对纳米材料进行调控,从而改善器件的相关性能.     

MoS2/C/MXene复合材料的制备及储锂性能研究

通过简单的水热结合退火的方式合成了MoS₂/C/MXene复合材料,其中MoS₂为1T晶型。MoS₂/C纳米片均匀地生长在MXene薄片上,呈现出独特的多孔异质结构,这种结构不仅有效抑制了MXene薄片的重新堆积,还缓解了MoS₂充放电过程中的体积膨胀。无序碳的引入提高了复合材料的导电性,并使MoS₂的晶型从2H转变为1T。将MoS₂/C/MXene复合材料作为锂离子电池负极材料,表现出优秀的循环性能。在1 A·g^-1的电流密度下循环1 000次后拥有574.2 mA·h·g^-1的比容量。这项研究为制备具有良好电化学性能的锂离子电池负极材料提供了一种设计策略。     

石墨相氮化碳基核壳异质结光催化材料的构筑及性能

光催化技术是解决能源危机和环境污染的有效途径,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)被认为是一种有前途的光催化材料,但高载流子复合率严重限制了其光催化活性,通过构建核壳结构形成紧密且大面积接触的异质结,可有效促进光生载流子的分离效率。基于此,研究核壳结构的g-C₃N₄基异质结成为热点,通过介绍核壳结构的主要功能及核壳结构材料的应用,阐述g-C₃N₄基核壳异质结光催化剂的性能和优势,重点讨论g-C₃N₄基核壳异质结的构筑策略,包括水/溶剂热法、超声辅助自组装法、热处理法,并归纳总结合成过程中g-C₃N₄的生长机制,分析g-C₃N₄基核壳异质结光催化材料面临的挑战及未来发展方向,旨在为新型高效g-C₃N₄基核壳异质结光催化材料的设计与开发提供有益参考。     

新型二维ZnO/InSe纳米复合材料电子结构与光催化性能的第一性原理研究

基于密度泛函理论方法,系统研究了新型二维ZnO/InSe异质结的电子结构和光催化性能。计算结果表明,二维ZnO/InSe异质结的晶格失配率为3.3%,形成能为-2.43eV,表明异质结的结构稳定。异质结表现为Ⅱ型能带对齐,价带和导带的带偏置分别为0.51和1.34eV,能够有效降低电子和空穴的复合率,提高ZnO/InSe异质结的光催化性能。二维ZnO/InSe异质结是带隙值为2.23eV的直接带隙半导体材料,对应有良好的可见光吸收范围,且光吸收系数高达10~5 cm~(-1),能够进一步提升光吸收效率。此外,异质结的带边位置分别跨过水的氧化还原电位,可用于光解水制备氢气。因此,二维ZnO/InSe异质结是一种有前景的可见光光催化材料。     

硫化锑太阳电池的数值模拟分析

利用Afors-het一维器件模拟仿真软件，研究传统CdS/Sb₂S₃异质结太阳电池器件中Sb₂S₃吸收层和CdS缓冲层厚度、带隙、吸收层受主浓度以及缺陷对电池性能的影响。结果表明，一定厚度的吸收层可以提高器件的短路电流密度，但过厚的吸收层会减小填充因子。研究CdS薄膜发现，过厚的CdS对电池的开路电压，短路电流密度以及填充因子损害较大。Sb₂S₃最优的带隙宽度在1.5～1.6 eV之间。提高Sb₂S₃受主浓度可以有效改善开路电压，但施主缺陷态密度与缺陷态在能级中能量的增加将会使电池效率降低。同时模拟结果表明，当吸收层中载流子寿命达到10^-7 s时，电池的短路电流密度可以得到明显改善。     

半导体基异质结光（电）催化还原CO2研究进展

在实现碳中和可持续发展的进程中,CO₂捕获、封存和转化一直是学术界和工业界研究的重点．光（电）催化CO₂转化已被认为是解决能源短缺和缓解CO₂过量排放最有效的策略之一,同时有望实现太阳能经济和碳基经济．本文介绍了异质结催化剂在光（电）催化还原CO₂为燃料（如CH₄、C_nH_2n+1OH）或化学品（如HCOOH、CH₃COCH₃）领域的研究进展,重点综述了多种半导体基异质结体系对光（电）催化还原CO₂性能的影响,具体阐述了Ⅱ型、Z型、晶面异质结的电荷转移机制,还讨论了各类异质结体系的优势及存在的问题。为设计和合成具有出色的催化性能、优异的选择性和良好的稳定性的异质结催化剂提供新的见解．      

纳米MoS2含量对纳米微量润滑磨削CFRPs的影响

为了研究磨削碳纤维复合材料(CFRPs)时,纳米二硫化钼(MoS₂)含量对纳米微量润滑效果的影响,制备了不同质量分数(0%,3%,6%,9%,12%)的纳米MoS₂和棕榈油混合液,作为纳米微量润滑油液,对碳纤维复合材料进行磨削加工.使用光学显微镜,观测分析碳纤维复合材料的表面粗糙度、表面形貌.使用测力仪对磨削力进行测量,并通过磨削力计算出磨削力比.最后对纳米(MoS₂)在纳米微量润滑磨削过程中的作用机理进行了阐述.结果表明,当纳米(MoS₂)质量分数为9%时磨削力比最低,为0.0632,表面粗糙度R_○a值最小,为1.86μm,且表面碳纤维损伤最小.     

Zn掺杂MoS2的构型、电子结构及电催化析氢性能的理论研究

采用密度泛函理论(DFT)方法对二硫化钼(MoS₂)完整表面和不同掺杂浓度下过渡金属Zn原子掺杂MoS₂表面(Zn-MoS₂)的构型、电子结构及其电催化析氢性能进行了研究.研究结果表明:与MoS₂完整表面相比,Zn掺杂单层MoS₂的氢吸附吉布斯自由能(-0.09 eV)明显减小,接近理想值(约0 eV),表现出优异的析氢催化反应性能.电子结构研究结果表明:Zn掺杂MoS₂表面后,体系费米能级附近出现了Zn-3d轨道的带隙态,这表明有效调控了MoS₂催化材料的电子结构.在费米能级附近还出现了与Zn原子相邻的S原子的3p轨道的新电子态,可有效增强S-3p轨道和H-1s轨道的重叠,从而提高吸附氢的性能、优化电催化析氢性能.进一步对不同Zn掺杂浓度下Zn-MoS₂体系的研究结果表明提高Zn掺杂浓度仍能保持优异的电催化析氢反应性能.该文通过引入不同Zn掺杂浓度的方法,对MoS₂电催化剂的电子结构进行调控,从而有效提升电催化析氢反应性能.     

单层含硫空位MoS2光伏效应的第一性原理研究

基于非平衡态格林函数——密度泛函理论，采用第一性原理研究方法，对单层含硫空位MoS₂的光伏效应进行了研究.利用能带图和联合态密度分析单层含硫空位MoS₂的光响应函数.结果表明:对于单层含硫空位的MoS₂，线偏光电流效应不明显，而圆偏光电流效应比较明显.计算模拟了随偏振角(相位角)变化的光响应函数，计算结果符合唯象理论.单层含硫空位的MoS₂可被应用于新型电子和光电子器件中，为进一步认识单层硫空位MoS₂的光电流效应提供了新的理论基础.     

表面等离激元波导中表面等离激元二次谐波的产生机制

在表面等离激元波导的二次谐波产生过程中, 波导较大的色散导致的相位失配阻碍了其实际应用, 能够消除相位失配的波导尚未见实验报道。通过将单层二硫化钼与平面表面等离激元波导相结合, 在波导中实现从基频表面等离激元到倍频表面等离激元的转化, 并研究单层二硫化钼-银结构的二次谐波产生特性, 为表面等离激元波导中二次谐波产生的实际应用打下基础。     

基于苯并三噻吩共聚物/富勒烯衍生物的聚合物太阳能电池

以苯并三噻吩共聚物(BTT-BTz)为给体材料,具有不同能级结构的富勒烯衍生物为受体材料,通过共混方式制备光敏薄膜,并研究受体材料的能级结构对光伏器件开路电压(Voc)、短路电流(Jsc)、填充因子(FF)和电池效率(PCE)的影响.结果表明:当IC60BA为电子受体材料时,器件的Voc=1.06V,但Jsc较低,使得PCE仅为1.49%;当PC60BM和PC70BM为受体材料时,Voc分别为0.86V和0.81V,但Jsc较高,使得PCE分别为3.22%和5.06%.     

光电催化分解水和还原CO2研究进展

 介绍了光电催化（PEC）分解水和还原CO₂的基本原理、研究进展。探讨了提高PEC效率的关键策略，主要包括通过能带调控、形貌控制和敏化提高光吸收，通过助催化剂促进表面反应，以及通过构建局部偶极或异质电场、形貌调控和界面修饰促进电荷分离与传输等。     

光电催化分解水和还原CO2研究进展

 介绍了光电催化（PEC）分解水和还原CO₂的基本原理、研究进展。探讨了提高PEC效率的关键策略，主要包括通过能带调控、形貌控制和敏化提高光吸收，通过助催化剂促进表面反应，以及通过构建局部偶极或异质电场、形貌调控和界面修饰促进电荷分离与传输等。