二維納米材料制備及其光電性能研究.pdf

1、二維納米材料具有非常大的比表面積，以及層內和層間性質的顯著差異，因此具有一些新奇的性能，有可能被應用于電子、光電子、催化、傳感等領域；而且其二維形貌也利于器件加工、光刻以及電極制作，因此它的出現(xiàn)為制備大面積、高質量、高性能的光電器件帶來了希望。目前制備二維納米材料的方法很多，但是這些方法主要適用于本身就是層狀結構的材料，而對于非層狀結構材料的二維材料制備卻鮮有報道。將二維納米材料的制備和研究拓展至非層狀結構的材料中，不僅可以豐富二維材料

2、的種類，同時也將帶來新的器件性能。本文以二維納米材料的固有物性為依據(jù)，充分考慮目前各種制備方法存在的優(yōu)勢和劣勢，揚長避短，提出了兩種通用、簡單、高效的二維納米片的制備新方法，為二維材料，尤其是超薄二維材料的制備提供新的思路、新的途徑。進而，以制備的二維材料的材料特性為基礎，初步探索其在不同領域的應用前景。
　　本研究主要內容包括：⑴提出了晶格匹配誘導納米片生長的策略，并據(jù)此利用氯化鈉、氯化鉀等作為生長模板（簡稱鹽模板法），成功合成

3、出多種微米尺寸，原子級厚度并具有不同晶體結構的金屬硫族化合物納米材料，如Sb2S3，Sb2Se3，ZnS，MoS2和 WS2等。經(jīng)高分辨投射電子顯微鏡(HRTEM)、選區(qū)電子衍射(SAED)和晶體結構模型分析可知，基底和目標材料之間的晶格匹配促進了薄膜在基底上的生長，同時抑制了其本身固有的一維或三維生長特質。基于 Sb2S3納米片在可見光區(qū)域的強吸收特性，將合成的Sb2S3納米片與3-己基噻吩(P3HT)共混在聚酰亞胺(PI)基底上，構

4、建了光電導型的柔性光電探測器。經(jīng)多次彎折后，探測器仍然顯示出非常敏感的光響應。⑵將晶格匹配誘導納米片生長方法拓展至非層狀結構金屬氧化物，通過鹽模板法合成出一系列高質量、大面積的二維金屬氧化物。將合成出的二維MoO和WO3納米片應用于超級電容器，考察其儲能性能。結果表明，在5mV/s的掃速下，MoO3納米片顯示出600 F/cm3的最高體積比電容，WO3納米片顯示出350 F/g的最大重量比電容。其快速、可逆的電容存儲過程主要是由于離子可

5、以在2D氧化物層間快速擴散，以及電子也可以在其層內快速的傳輸所致。⑶針對Sb2Se3的結構特點，提出了一種新的冰凍-解凍制備方法，成功制備出超薄、高質量、大尺寸的具有一維帶狀結構的Sb2Se3納米片，并用XRD測試對納米片的形成機理進行了分析論證。為了進一步探索Sb2Se3納米片的光電性能，構建了超薄Sb2Se3納米片光電探測器。該探測器展現(xiàn)出優(yōu)異的光電性能。另外，應用偏振拉曼光譜對其光學各向異性進行了實驗論證。⑷Bi2S3薄膜太陽能電

6、池制備及性能研究。首先，采用快速熱蒸發(fā)(RTE)技術制備了高結晶性、致密無缺陷的Bi2S3薄膜；然后，用X射線衍射儀(XRD)、X射線光電子能譜儀(XPS)、掃描電子顯微鏡(SEM)、吸收光譜、熒光光譜(PL)以及霍爾測試(Hall)對Bi2S3薄膜進行表征；最后，構建了ITO/ NiO/ Bi2S3/ Au異質結太陽能電池，其開壓、短路電流密度、填充因子和光電轉化效率分別達到0.23 V、10.0 mA/cm2、0.33和0.75％。