Au NPs薄膜-MoS2二维复合材料的光学性能研究

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随着材料科学的不断发展,二硫化钼(MoS2)等过渡金属硫族元素化合物(TMDs)二维纳米材料凭借着优异的性能受到了研究者的广泛关注。其中,单层MoS2具有直接带隙(1.88eV),使其在带隙可调的同时能够产生比较强的光致发光(PL)响应,这为各类纳米光学器件研发提供了广阔前景。然而,这种二维材料由于比较薄的厚度限制了对光的吸收,从而制约了其PL强度的进一步提高。因此,提升MoS2的PL响应无疑具有重要意义。在种种激发手段中,把MoS2与具有局域表面等离激元共振(LSPR)效应的纳米材料复合以提高其PL响应,成为最具前景的方法之一。本论文首先分别制备得到了 MoS2纳米片(MoS2 NSs)与Au纳米颗粒(Au NPs)自组装单层薄膜,并通过一种相对简单的机械复合方式构筑得到了 Au NPs薄膜-MoS2 NSs二维复合纳米材料。而后通过一系列表征,分析了该复合材料中PL猝灭的原因。具体包括以下内容:(1)研究了不同衬底在2D MoS2 NSs生长过程中的作用。本文采用化学气相沉积(CVD)法进行2DMoS2NSs等二维纳米材料的制备。在摸索了一套较为成熟,重复率高的CVD法制备MoS2 NSs的工艺参数基础上,选取了具备300nm厚氧化层的硅片(Si/Si02),纯Si片,氧化铟锡(ITO)玻璃,石英玻璃,云母片等衬底进行对比实验,研究了不同衬底对MoS2 NSs在CVD生长过程中的影响。结果表明在其他生长条件保持一致的情况下,Si/SiO2衬底更有利于大面积,少层MoS2NSs的生长。(2)MoS2NSs,Au NPs薄膜以及两者进行复合的二维复合纳米材料的制备。本文制备出了具有双原子层厚度,横向尺寸高达数十微米的MoS2 NSs;通过溶剂挥发法制备得到了 7nm厚的Au NPs自组装单层薄膜。而后,将Au NPs薄膜直接铺覆于MoS2 NSs表面,获得了2D Au NPs-MoS2复合材料(3)对MoS2 NSs和Au NPs薄膜Au-MoS2二维复合材料进行了 PL光谱,拉曼光谱,反射光谱等光学响应特性研究。与MoS2NSs相比,Au NPs-MoS2复合纳米材料PL发生了猝灭。通过进行PL光谱洛伦兹分峰拟合处理以及反射光谱表征,造成猝灭的原因主要有两个:(a)Au NPs与MoS2之间费米能级存在差异,致使电子在激发后容易迁移到Au当中,减少了MoS2中载流子的复合,进而导致PL猝灭;(b)致密Au NPs薄膜对激发光和出射光存在反射、吸收、散射等现象,导致了PL激发过程中的能量损失。
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