Ag掺杂对单层MoS_2的电子结构和光学性质影响

基于密度泛函理论框架下的平面波超软赝势方法,计算了Ag掺杂单层MoS_2中的能带结构、态密度和光学性质.计算结果显示单层MoS_2具有直接带隙结构,禁带宽度为1.63 eV;Ag掺杂后,Ag 4d与S 3p,Mo 4d发生轨道杂化,在费米能级处产生了多条杂化能级,表现为半金属特性,其中吸收峰、反射峰和能量损失峰峰值均有不同程度减小并向低能方向发生偏移,计算结果为Ag掺杂单层MoS_2的光电子器件制备提供了理论依据.     

单层MoS_2量子点的合成、光学与析氢催化性能

综述了南京大学纳米磁学研究组在单层MoS_2量子点研究工作中的最新进展.采用多次Li离子插层的方法成功制备出平均尺寸在3 nm左右的单层MoS_2量子点,超声加热使量子点的结构由1T相向2H相转变,在300 nm紫外光的激发下光致发光强度显著增强;随着激发波长的改变,410 nm左右的发光峰位位移较小,说明量子点尺寸均匀.析氢催化活性研究表明,相比于块体及MoS_2纳米片,MoS_2量子点表现出更佳的析氢催化性能,具有较低的起始过电位(120 mV)和较小塔费尔斜率(69 mV·dec~(-1)),表现出更快的析氢催化速率.MoS_2量子点之所以具有优良的析氢催化性能,是因为其具有大量的活性边界.     

Mn-O共掺单层MoS2磁性和光学性质的第一性原理研究

基于第一性原理自旋极化密度泛函计算了O,Mn单掺杂和Mn-O共掺杂MoS_2单层系统的电子结构、磁性和光学性质.在Mn和Mn-O掺杂后,由于自旋向上通道中杂质带的出现,导致MoS_2单层系统从自旋向上和自旋向下态密度完全对称的非磁性半导体转变为磁矩1μB和1.08μB的铁磁半导体,磁矩主要集中在掺杂的Mn原子上,而自旋向下通道仍保持半导体特征,其自旋间隙分别为1.613和0.396eV.同时发现Mn-O共掺杂后,在低能量区域(0～2.5eV),其介电常数、折射系数和吸收系数相比未掺杂和O单掺杂的MoS_2系统增强显著,并出现了红移现象.     

第一性原理研究MoS2的电子结构及光学性质

为了系统深入地研究MoS_2的电子能带结构和光电性质,基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法,计算和分析了材料MoS_2的电子结构及其光学性质,给出了MoS_2的能带结构、光吸收谱、电子态密度、能量损失谱、反射谱、介电函数谱等光学性质。计算结果表明:体材料MoS_2的电子跃迁形式是非垂直跃迁,具有间接带隙的半导体材料,带隙宽为1.126 eV;价带和导带的形成是由Mo和S的价电子起作用产生的。通过分析其光学性质,发现MoS_2的介电函数的实部和虚部的峰值都出现在低能区,当光子能量的升高,介电函数值会缓慢降低;材料MoS_2对可见紫外区域的光子具有很强的吸收,最大吸收系数为3.17×105cm~(-1);MoS_2在能量为18.33eV位置出现了共振现象,其它区域内能量的损失值都趋于为0,说明电子之间共振非常微弱。这些光学性质奠定了该材料在制作微电子和光电子器件方面的作用,尤其是在紫外探测器应用方面有着潜在的应用前景,为未来对MoS_2材料的进一步研究提供理论参考。     

应力对MoS_2纳米带催化析氢活性的影响

基于密度泛函理论的第一性原理计算,系统地研究了应力对MoS_2纳米带的几何构型、电子性质和催化析氢活性的影响。结果表明:一定范围内的压应力可以改善MoS_2纳米带的催化析氢活性,而拉应力对MoS_2纳米带析氢活性产生负效应,当产生的应变达到-13%时,析氢活性达到最高;在应力的作用下,费米能级附近S原子与H原子的电子态在-0.2~0.3eV能量范围内产生一定的交叠,有利于MoS_2纳米带催化析氢活性的提高。该研究期望能够为MoS_2纳米带成为新型高效的析氢反应催化剂提供一定的理论参考。     

静电纺丝制备M oS2/TiO2复合纳米纤维材料

以TiO_2和MoS_2为基底的纳米材料在太阳能电池、光电开关、光催化等方面应用广泛,但是单纯的TiO_2和MoS_2纳米材料还有诸多不足,例如:光致电子和空穴对的转移速度慢,复合率高,导致光催化量子效率低.因此本文通过静电纺丝技术合成TiO_2/MoS_2复合纳米材料,以改善单一纳米材料的不足.首先,通过超声的方法将多层片状的MoS_2固体粉碎变成小片、单层结构,之后加入TiO_2的静电纺丝前体溶液中,通过调控静电纺丝的参数,得到MoS_2在TiO_2纳米管分散的纳米纤维结构.通过调节MoS_2浓度,可以有效改善复合材料的形貌,并进一步利用XRD、TEM、SEM、IR等方法对TiO_2/MoS_2复合纳米材料进行详细表征.本文所制备的纳米复合材料,MoS_2均匀镶嵌在TiO_2内部,不易脱落,结构稳定,将在太阳能电池、光电开关、光催化等方面有潜在的应用价值.     

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.     

单层二硫化钼的光致发光与能谷极化研究

二硫化钼(MoS_2)具有独特的能带与晶体结构,目前已在晶体管、光电器件、传感器和电化学催化等领域得到广泛应用。单层MoS_2中,角动量守恒使得直接带间跃迁遵循光学选择定则,说明可以通过光场等手段来产生和探测能谷极化,利用能谷极化来储存和处理信息。能谷极化率,是谷电子学研究的重要指标,直接反映出是否可以将不等价能谷作为0和1的逻辑单元。对于不同样品,能谷极化率会存在差异,关于这一现象一直缺乏明确解释和深入分析。该文采用共振激发,观测到单层MoS_2的光致发光强度与能谷极化率之间存在明显的逆向关联;并借助激子弛豫和能谷寿命两个时间参量,揭示了这一逆向关联的原因,为实现能谷的有效调控提供可行途径。     

MoS_2空心微球的制备、表征与光催化应用

采用水热法,以钼酸铵提供钼源,硫脲提供硫源,水作为反应溶剂,再加入乙酸、乙酸钠混合均匀,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂来合成空心微球结构的MoS_2.通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪对获得的样品进行形貌、结构和成分分析.以有机染料罗丹明B作为废水模型,在紫外灯照射下,研究具有空心微球结构的MoS_2的光催化性能.结果表明:这种具有空心微球结构的MoS_2,由于能够对紫外光进行多次反射和散射,大大提高了紫外光的利用效率,进而表现出了优异的光催化性能.     

单层及少层二硫化钼薄膜的制备及其气敏性能研究

通过化学气相沉积法,以MoO_3和S粉为反应物制备大面积的二硫化钼(MoS_2)薄膜,通过拉曼光谱、原子力显微镜、透射电子显微镜对产物的层数和结构进行表征,结果证明通过该方法制备的MoS_2薄膜具有单层及少层结构.气敏测试结果表明该超薄MoS_2薄膜在室温下对NO具有良好的灵敏度和选择性,对体积浓度为10、50(×10~(-6))的NO气体的灵敏度为9.3%和19.3%,响应时间(恢复时间)快,分别为281 s(298 s)和120 s(190 s),其优异的气敏性能与超薄MoS_2薄膜的高比表面积息息相关.     

MoS_2/TiO_2复合材料的制备及其光催化降解染料的研究

采用溶胶凝胶法制备了TiO_2及不同质量比例的MoS_2/TiO_2复合催化剂,并对催化剂进行了红外和X射线粉末衍射光谱表征.以甲基蓝为目标染料污染物,利用催化剂对其进行了紫外光催化降解实验,研究表明复合催化剂MoS_2/Ti O2具有较高的稳定性和光催化活性.催化体系在酸性环境中催化性能较好,利用抑制剂反应产生的空穴和·OH自由基对催化反应起关键作用.     

MoS2光学性质的第一性原理计算

为研究不同层数MoS2的光学性质以及缺陷对单层MoS2光学性质的影响,利用基于密度泛函理论的第一性原理,计算1～3层MoS2的能带结构、拉曼光谱和光学性质以及具有空位缺陷的单层MoS2的拉曼光谱和光学性质.研究结果表明:单层MoS2为直接带隙半导体,而2～3层MoS2为间接带隙半导体.对于1～3层MoS2的拉曼光谱,随...     

单轴应力调控单层黑磷的能带、电子结构与光学性能

为了研究单层黑磷的物理性能及其应用,采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了单层黑磷受单轴应力影响的能带结构、电子及光学性能。通过结构优化获得平衡态下的单层黑磷晶格常数。分别沿X轴与Y轴施加单轴应力,计算不同应力下单层黑磷的电子结构与光学性质。结果表明,黑磷带隙可以在0～1.346 eV被外部应力有效调节。X轴压应变为10%可使单层黑磷由半导体转变为金属性。在X轴或Y轴施加拉应变时,黑磷的光学图像会出现红移;当X轴或Y轴受压应变时,光学图像会出现蓝移。同时发现单层黑磷各项光学性质均对紫外光非常敏感。此外,发现单轴应力调控的黑磷具有较高的折射率。     

新型二维碳材料net-Y光学性质的第一性原理研究

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究方法,对新型二维碳材料(单层net-Y)的光学性质进行了研究.基于反射、吸收、折射和介电函数等数据分析了单层net-Y的光学性质.计算结果表明:在E_x、E_y和E_z这3个方向极化下,单层net-Y的复介电函数、复折射函数、吸收系数等光学性质表现出显著的各向异性.光学性质研究表明:该材料在整体光区具有极不敏感的光反射性质,且在紫外光区具有高吸光系数以及在能量频率为10.0 eV处具有极低的消光系数.此外, 与其他波段的光相比,在E_y极化下单层net-Y对黄光有更强的光折射响应.     

空位缺陷掺杂单层MoTe2的研究

采用基于密度泛函理论的电子结构计算软件包Atomistix Tool Kit(ATK),研究了缺陷掺杂的单层MoTe_2,计算了五种单空位缺陷的原子结构和3%～12.5%浓度范围内的形成能,分析了空位浓度对单层MoTe_2相变的影响.研究结果表明Te空位的形成能比Mo空位的低,调节Te空位的浓度能实现单层MoTe_2的1H和1T′相之间的相互转变.     

碲协助法制备二维过渡金属硫属化合物合金及异质结

二维过渡金属硫属化合物(TMDC)合金和异质结由于具有独特的光电性能,因而在下一代光电器件中有着广泛的应用前景.然而,如何可控地制备出二维TMDC合金和异质结是一个重大的挑战.以WS_2与MoS_2的异质结和合金为例,通过在钨粉中引入不同含量的低熔点碲粉,有效降低了WS_2的生长温度,继而调节了WS_2的成核和生长速率,利用一步化学气相沉积方法,可控地制备出WS_2/MoS_2垂直异质结和Mo_(1-x)W_xS_2合金.拉曼光谱、光致发光谱、拉曼成像和光致发光成像技术表明,制备出的WS_2/MoS_2垂直异质结是由单层的WS_2和MoS_2上下叠加而成,而在Mo_(1-x)W_xS_2合金中,W的含量(x)为0.83.此研究为人们提供了一个简单、有效的可控制备二维TMDC异质结和合金的化学气相沉积方法.     

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.     

基于MoS2可饱和吸收的Nd∶ScYSiO5晶体调Q激光特性研究

通过液相剥离法成功制备多层MoS_2溶液,将上层清液旋涂于YAG晶体表面,并进行烘干,制成实验所用的可饱和吸收镜.多层MoS_2可饱和吸收镜的微观形貌及层数由AFM进行表征,结果显示其表面较为平整,层数约为12层.实验中,实现了基于多层MoS_2可饱和吸收的Nd:ScYSiO_5晶体1074.7nm和1078.2nm双波长调Q稳定运转.在3.3W的吸收泵浦功率下,获得了392mW的调Q激光输出,斜效率为13.8%.获得的最短激光脉冲宽度,最大的脉冲重复频率及单脉冲能量分别为460.7ns,313.5kHz和1.25μJ.实验结果表明,在1μm波段,多层MoS_2是一种优异光电材料,具有良好的可饱和吸收特性.     

ZnO/CdS/MoS_2异质结纳米棒阵列的制备及性能

采用连续离子层吸附法,以ZnO纳米棒阵列为模板,将窄带CdS和更窄带层状MoS_2依次包覆在ZnO纳米棒表面,得到一种ZnO/CdS/MoS_2异质结纳米棒阵列.利用X射线衍射、扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和拉曼光谱对产物进行了表征.结果表明,CdS鞘和MoS_2鞘依次均匀地包覆在垂直生长的ZnO纳米棒上,且结合过程中未明显影响内芯ZnO的棒状结构.在异质结结构中,ZnO/CdS界面、CdS/MoS_2界面接触良好且晶格失配率低.此外,一维ZnO纳米棒阵列的存在也抑制了MoS_2在c轴方向上的堆积,使包覆在纳米棒上的MoS_2以少层的形式存在.原位电输运特性表明,与ZnO纳米棒和ZnO/CdS异质结纳米棒相比,ZnO/CdS/MoS_2异质结纳米棒则呈现出了更优的电学特性.     

熔盐电解法制备花瓣/片状二硫化钼及摩擦性能研究

采用熔盐电解法合成形貌可控的二硫化钼(MoS_2),以解决目前传统方法难以可控合成的问题。以氯化锂-氯化钠-钼酸铵-硫氰酸钾为熔盐电解质,通过循环伏安法、方波伏安法和开路计时电位法研究MoS_2形成的电化学过程,并详细考察了熔盐电解质的温度、组成和电流密度等参数对MoS_2微观形貌的影响。在优化的条件下,合成了花瓣状和片状两种MoS_2,采用X-射线衍射仪、扫描电子显微镜、透射电子显微镜等表征技术对其形貌结构进行了分析,并研究了其摩擦性能。结果表明,花瓣状MoS_2的摩擦系数为0.119,小于片状MoS_2的最小摩擦系数(0.126),其摩擦性能优于片状MoS_2。