二硫化钼量子点及异质结的制备和其荧光调控研究

论文摘要

类石墨烯二硫化钼（MoS2）作为过渡金属硫化物中重要的成员之一,因独特的性能而被广泛关注。与MoS2纳米片相比,尺寸小于20 nm的MoS2量子点由于量子限制效应和边缘效应而具有新颖的特性和应用价值。到目前为止,MoS2量子点已经应用于析氢反应,光催化,生物成像,光电器件等等。然而,所报道的MoS2量子点的制备大多涉及到有机溶剂,具有毒性、耗时长、步骤繁琐等问题。因此,探索出一种方便、高效率的合成MoS2量子点的方法具有重要意义。此外,零维和二维材料结合成一个纳米异质结结构,可有效促进光激发电子-空穴对的分离,对于提高光电器件的光响应和探测率有很大的益处。本文探索出了全新且便捷的制备MoS2量子点的方法,通过温和氢气等离子体处理和后续热退火的结合在薄层MoS2上合成了MoS2量子点,并因量子点的量子限制效应实现对MoS2的荧光调控。另外,本文还制备了MoS2量子点与InSe异质结结构,研究了两者间的电荷转移特性及荧光调控影响。论文的主要工作和结果归纳如下:1.采用温和氢气等离子体对薄层MoS2进行处理,在薄层MoS2表面生成了MoS2纳米点,系统地研究了等离子体的压强、氢气气体流量对纳米点尺寸的影响,在最优化的工艺条件实现了最小尺寸（40-50 nm）MoS2纳米点的制备。热退火2 h后MoS2纳米点尺寸可进一步减小到10 nm以内,MoS2量子点形成。氢等离子体处理后,MoS2在574和582 nm附近出现两个新的荧光峰,是由于纳米点的量子限制效应引起的荧光特性偏移。此外,热退火还能修复MoS2的缺陷（S空位）,导致MoS2拉曼峰和新的荧光峰强度增强,实现对MoS2荧光调控。最后,对制备的MoS2量子点进行了电化学析氢测试,系统地探究了MoS2量子点的尺寸对析氢性能的影响,其中最小尺寸对应的起始电位最低（176 mV）。2.采用乙醇和去离子水等比例混合的液相超声法制备溶液MoS2量子点,系统地探究了超声时间、离心速率对量子点尺寸的影响,经超声10 h、高速离心再过滤后可得到尺寸最小（20 nm左右）的MoS2量子点。通过旋涂法制备MoS2量子点与InSe垂直异质结,InSe荧光发生淬灭,表明两者间的耦合可以促进电荷转移效应。针对不同层数InSe的荧光蓝移现象不同,又系统研究了MoS2量子点对不同层数InSe的荧光调控影响。当InSe层数小于8 nm时,荧光淬灭的同时还会发生峰位蓝移现象,而层数大于8 nm时峰位不蓝移。这可能归因于InSe厚度较高时,荧光带隙受到强大的层间相互作用的影响,MoS2量子点对InSe的荧光调控不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景与意义
•   1.2 二维材料的研究现状
•     1.2.1 过渡金属硫属化合物
•     1.2.2 二硫化钼量子点
•   1.3 二硫化钼量子点及复合材料的应用
•   1.4 课题的依据及主要研究内容
• 第二章 样品的制备和表征
•   2.1 实验样品的制备
•     2.1.1 实验试剂及仪器
•     2.1.2 主要制备工艺
•   2.2 实验样品的表征
•     2.2.1 光学显微镜
•     2.2.2 原子力显微镜
•     2.2.3 拉曼光谱
•     2.2.4 荧光光谱
•     2.2.5 紫外-可见吸收光谱
•   2.3 本章小结
• 第三章 基于温和等离子体的二硫化钼量子点的制备和荧光调控研究
•   3.1 温和等离子体技术
•     3.1.1 温和等离子体系统
•     3.1.2 等离子体处理实验流程
•   3.2 等离子体参数对二硫化钼纳米点及荧光调控的影响
•     3.2.1 气体压强的影响
•     3.2.2 气体流量的影响
•     3.2.3 纳米点形成及荧光调控机理分析
•   3.3 后续退火对二硫化钼量子点及荧光调控的影响
•     3.3.1 退火时间的影响
•     3.3.2 量子点形成及荧光调控机理分析
•   3.4 二硫化钼量子点在析氢上的应用
•     3.4.1 析氢反应的基本原理
•     3.4.2 量子点尺寸对析氢性能的影响
•   3.5 本章小结
• 第四章 基于液相超声法的二硫化钼量子点及异质结的制备和荧光调控研究
•   4.1 液相超声法实验流程
•   4.2 工艺参数对二硫化钼量子点的影响
•     4.2.1 离心速率的影响
•     4.2.2 超声时间的影响
•   4.3 二硫化钼量子点和薄层InSe异质结的荧光调控研究
•     4.3.1 异质结的制备及性能表征
•     4.3.2 不同层数的InSe异质结的荧光特性分析
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 蔡迪

导师: 肖少庆

关键词: 温和氢气等离子体,二硫化钼量子点,量子限制效应,荧光调控,量子点与异质结

来源: 江南大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,信息科技

专业: 物理学,无机化工,材料科学,无线电电子学

单位: 江南大学

分类号: O471.1;TB383.1;TQ136.12

总页数: 63

文件大小: 7306K

下载量: 180