二硫化钼纳米卷的制备及光电性能研究

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二维过渡金属硫族化合物(TMD)由于其突出的物理和化学性质,如高迁移率、可调谐能带结构、范德华界面、优良的场可控电学特性以及良好的机械柔韧性等,近年来引起了人们的极大关注。作为TMDs研究最广泛的代表性材料,二硫化钼(MoS2)在光电子、能量转换/存储和催化等领域表现出许多卓越的性能和广泛的应用。二维MoS2自封装成准一维的纳米卷后仍然可继承二维材料的一系列优点,在某些方面甚至有着更加突出的性能。其内部载流子(电子或空穴)迁移率和光敏度相比二维MoS2出现了明显提升,且环境稳定性大幅增强,这显示出MoS2纳米卷在光电探测领域的巨大潜力。然而,目前对于MoS2纳米卷的研究仍处在起步阶段,研究其光电性能对基础科研工作有着十分重要的意义。本文在现有的研究基础上,重点探究MoS2纳米卷的制备、光电性能的测试及优化。主要研究工作如下:采用溶液辅助卷曲制备了MoS2纳米卷,研究了MoS2纳米卷的光电性能。探究了乙醇溶液浓度对纳米卷成形的影响,结果显示乙醇溶液浓度在乙醇和去离子水体积比为1:3时最容易驱动卷曲的发生,且卷曲过程更加均匀可控。基于MoS2纳米卷的光电探测器件,其光响应度、外量子效率、比探测率等指标与MoS2纳米片相比出现轻微下降。这可能与晶格曲率打开新的电子散射通道以及纳米卷横向尺寸太大导致紧密卷轴结构带来光电增益不明显有关。MoS2纳米片和纳米卷均具有良好的周期光照循环性,但纳米卷器件中的噪声影响更加明显。与此同时,MoS2纳米卷比纳米片具有更快的响应速度。MoS2纳米卷内部开放的拓扑结构为优化其光电性能提供了巨大可操作空间。本文将零维的钛酸钡纳米颗粒与一维MoS2纳米卷复合,构成0D/1D异质结构(Ba Ti O3/MoS2纳米卷),以调控MoS2纳米卷的光电性能。相比于单层MoS2纳米卷,Ba Ti O3/MoS2纳米卷的光电性能显著提高,在低入射光功率下(470 nm@0.584m W/cm~2),响应度R提高约64倍达到了73.9 A/W,外量子效率EQE提高约66倍达到了1.95×10~4%。0D/1D杂化方法是补偿一维范德华材料因晶格曲率而导致的性能下降的一种有效方法,对一维光电器件至关重要。
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