二维Cu2Te和Cu2Te/石墨烯异质结的可控生长与应用研究

来源 :河南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhanxi581018
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
二维过渡金属硫属化合物(Transition Metal Dichalcogenides,TMDCs)是继石墨烯之后兴起的一类新型范德华层状材料。二维碲化亚铜(Cu2Te)是IB族元素硫属化合物的重要成员之一,具有丰富独特的晶体结构、高导电性和化学稳定性等优点,在热电、绿色能源、分子光谱分析等领域有着广阔的应用前景。目前二维Cu2Te材料的制备主要是通过分子束外延法、磁控溅射法和液相合成法实现,所制备晶体的片尺寸有限、缺陷较多,且化学计量比难以精确控制,制约了其在电学、光电子学等领域的应用。因此,本论文围绕二维Cu2Te可控制备的核心问题,提出了一种大尺寸二维单晶Cu2Te纳米片的低压化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)可控生长方法,获得了具有丰富边缘暴露面的二维单晶Cu2Te纳米片,并探究其在电催化二氧化碳还原反应(Electrocatalytic carbon dioxide reduction reaction,CO2RR)中的应用。进一步,利用铜薄膜的碲化反应,采用两步低压CVD法可控生长Cu2Te/石墨烯异质结,并将该材料作为表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)基底以实现其对微量分子的高灵敏检测,并分析其SERS增强机理。主要研究内容如下:(1)提出了一种二维单晶Cu2Te纳米片的CVD生长方法,首次探究了其在电催化还原CO2反应中的应用。首先,以Cu箔为衬底,利用化学刻蚀法在Cu箔表面制备出Cu O纳米片。然后,利用CVD法在H2和碲蒸气混合气氛中将Cu O纳米片转化为二维单晶Cu2Te纳米片。通过生长温度调控,制备出具有丰富边缘暴露面的二维单晶Cu2Te纳米片竖直阵列。并对所制备的二维单晶Cu2Te纳米片进行结构、形貌等物性表征。研究结果表明,二维单晶Cu2Te纳米片厚度、尺寸可控,结晶度较好。进一步,将二维单晶Cu2Te纳米片应用于电催化CO2RR中,其CO2转化为CH4反应的法拉第效率达~50%,表现出较高的电催化还原CO2活性和选择性。(2)发展了一种Cu2Te/石墨烯异质结的两步CVD可控生长方法,实现了其SERS检测应用。首先利用直流磁控溅射技术在蓝宝石(Al2O3)衬底上制备铜(111)单晶薄膜,然后通过CVD法在铜(111)薄膜表面生长单晶石墨烯。进一步引入碲粉,利用气固相反应将Cu碲化制备出Cu2Te/石墨烯异质结。利用拉曼光谱、扫描/透射电子显微镜、原子力显微镜等手段对所制备的样品进行结构、物相、形貌等物性的表征,证实了Cu2Te/石墨烯异质结的成功合成。然后将Cu2Te/石墨烯异质结薄膜作为SERS基底,以有机小分子为探针分子进行SERS实验。研究结果表明,该SERS基底对尼罗红(Nile red,NR)分子增强效果明显,检测限可低至10-10M,并通过理论模拟揭示了其化学增强机理。
其他文献
三维(3D)钙钛矿太阳能电池在过去十几年的发展过程中,效率从3.8%上升到如今的25.7%,可见其巨大的发展前景。然而,稳定性一直阻碍着三维钙钛矿太阳能电池商业化的发展。准二维Ruddlesden–Popper(2D-RP)钙钛矿由于其优异的稳定性受到了科研人员的广泛关注。然而,2D-RP钙钛矿太阳能电池的效率同3D钙钛矿太阳能电池的效率相比仍相差较远,其中一个主要原因是制备高质量的2D-RP钙钛
学位
在团簇尺度下,掺杂金团簇呈现出许多与金块体不同的物理化学性质,使得其在材料科学、传感器件、生物技术、医学、催化等领域均具有广阔的应用前景,金-碳族元素掺杂团簇的理论研究对实验制备此类团簇具有重要实际意义。此前的研究结果表明AuSi4中具有与硅氢化合物同样强的共价键;Au2Si6具有显著的三维芳香性,并具有σ+π双键特性;金-炔基单元的催化剂中Au-C键的强度和键级之间成反比关系,显示出金-碳族元素
学位
显示技术是现代社会的文明之窗、智慧之窗,而薄膜晶体管(Thin-Film Transistors,TFTs)则被誉为现代显示技术的“粮食”。TFTs作为显示器像素的有源开关和驱动的核心组成部件,广泛应用于有源矩阵液晶显示器(AMLCD)和有源矩阵有机发光二极管显示器(AMOLED)等平板显示器,而TFTs的迁移率和稳定性是决定显示技术面向产业化的关键问题。随着现代工业化的发展,人们对高分辨率、高帧
学位
随着工业化水平的不断发展,传统能源储备量的下降和环境污染的加剧成为全球可持续发展的两个主要障碍。而半导体光催化技术在治理环境污染与生产清洁能源等方面的出色表现被认为是解决这一难题的重要方案之一。研究表明,优秀的光催化剂应该具备以下几点:高效的光吸收效率、光生电子空穴对的分离效率以及转换效率等等。大量的研究表明,单一组分的半导体很难同时达到以上几点的要求,于是,多元复合光催化剂成为科学界的研究热点。
学位
目前,石油、煤炭、天然气等化石能源日益枯竭,且伴随着化石能源的燃烧带来了严重的环境污染以及能源的浪费问题,一直困扰着人类。开发热电材料为解决环境污染以及能源的浪费提供了一种新的方法。热电材料能直接将废热转化为电能,而受到了越来越多的关注。一方面热电材料可制备成可穿戴柔性热电器件,它们工作在300-500 K的温度范围内;另一方面热电材料可制备成热电发电机,工作在500-700 K温度范围内,有效的
学位
随着超快光学的快速发展,超快非线性光学材料已然成为非线性光学领域的一个重要发展方向。石墨烯作为一种性能优异的二维材料,不仅具有宽波段响应,高透射率等线性光学特性,也表现出诸多特殊的非线性光学性质,如可饱和吸收、光克尔、光热效应等。然而,超薄的结构属性也抑制了石墨烯薄膜的非线性光学效应,限制了其实际应用。石墨烯表面的功能化能够为石墨烯引入新的光学增强效应,拓展其非线性光学应用。因此,本论文以功能化石
学位
有机-无机杂化铅卤钙钛矿由于其具有直接带隙、高光吸收系数、长载流子扩散长度、高载流子迁移率等优异的物理性能被视为新一代光伏器件光吸收层的候选材料,并已成功应用于各种光电器件,然而铅的毒性却极大地阻碍了其广泛应用,因此有必要开发无铅钙钛矿材料以生产环境友好型钙钛矿器件,其中卤化锡钙钛矿是实现高性能无铅钙钛矿光电器件的主要途径。与铅基钙钛矿相比,锡基钙钛矿具有更小的带隙、更低的激子结合能和更高的载流子
学位
随着科学技术的发展,世界信息产业迈入物联网(Io T)和人工智能时代,电子设备逐渐趋于多功能化、智能化、小型化和便携化。由大量传感器单元构成的网络衔接是构建物联网的基础,而如何为数量庞大的微型电子设备供电已成为阻碍电子信息技术进一步发展的关键问题。然而,使用传统的化学电池作为能量供应装置不仅会带来严重的环境污染,而且面临着回收和管理的难题,因此发展新型可持续的绿色能源已迫在眉睫。摩擦起电是自然界和
学位
人工智能正逐步成为新一轮科技革命的核心驱动力量,目标检测作为人工智能领域的重要研究内容之一,其检测性能会直接影响到后续进一步的处理任务,如目标追踪、姿态识别、自动驾驶等。基于深度神经网络的目标检测算法可以自动提取图像中的多种目标特征,并快速精确地对目标进行定位和识别,是目前目标检测领域主流的研究方向。但是由于图像拍摄的角度、距离、复杂场景以及光照强弱等影响,图像中难免会出现小目标和遮挡目标,而小目
学位
由于化石燃料的燃烧造成的资源短缺和环境污染,使得人类对清洁能源的需求尤为迫切。热电材料作为一种清洁、安全、稳定、无污染的绿色能源材料,因其能够实现热能与电能的直接相互转换而备受关注。Bi2Te3基材料是一种近室温热电材料,也是目前唯一商业化应用的热电材料。本文主要研究了Sb合金化的P型Bi0.46Sb1.54Te3材料,由于它在近室温附近的ZT值约为1.0,在热电制冷和热电发电领域都具有广阔的应用
学位