基于镍磷硫二维材料的非线性光学及光电性能研究

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近年来,金属硫磷属化合物因其独特的电子结构和能带而引起人们的兴趣,已有研究报道其可用于分解水产生氢气氧气、储氢、锂离子电池和紫外光电探测器。通过改变不同的过渡金属元素或改变层数来调节金属硫磷属化合物的带隙范围从1.3 eV变化到3.5 eV,比过渡金属二硫属化物具有更宽的探测波段和更高的吸收效率。据预测,金属硫磷属化合物的分裂能量比石墨低,并且形成能量比二硫化钼低,因此理论上其容易从大块材料中剥离。此外,通过相应的拉曼光谱证实了金属硫磷属化合物具有强烈的层内振动和结构稳定性。这些研究都表明了金属硫磷属化合物具有易制备、高光吸收、大载流子迁移率、高稳定性等优点,具有非常大的研究价值。为此,本论文成功地制备了一种典型的金属硫磷属化合物,镍磷硫材料。并对其进行研究。主要研究工作如下:1.详细介绍了镍磷硫材料的制备方法。包括用化学气相传输方法制备镍磷硫体材料和用机械剥离法、液相剥离法和电化学剥离法制备镍磷硫纳米片。利用物理及化学表征,对不同方法制备得到的材料进行分析,包括光学显微镜、透射电子显微镜(TEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线能谱元素分布(EDX)、X射线衍射法(XRD)、拉曼光谱、X射线光电子能谱(XPS)等表征手段。2.采用Z扫描测量系统对其非线性光学性能进行研究,发现其具有较大的调制深度和较小的可饱和强度,首次验证了镍磷硫纳米片在800nm和1030nm波段的可饱和吸收性能。基于此,制备了基于镍磷硫纳米片的可饱和吸收体,搭建了基于镍磷硫纳米片的掺镱光纤激光器,并实现了耗散孤子锁模。3.首次制备了基于镍磷硫纳米片的光电化学型光电探测器并对其光电性能进行测试。结果表明该光电探测器具有较高的光电流密度,敏感的响应度,较好的稳定性以及出色的开关特性。
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