【摘 要】
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锗基单硫族化合物——硫化锗（Ge S）和硒化锗（Ge Se）,具有和黑磷类似的结构,兼具合适的带隙和较高的理论载流子迁移率,且具有更好的空气稳定性。本文通过合金工程实现了带隙调控,并进一步研究了它们在光催化以及光电探测领域的应用。首先对Ge SxSe1-x（x=0,0.5,1）进行了理论计算。单层Ge Se、Ge S0.5Se0.5和Ge S的带隙分别为1.55 e V、1.80 e V和2.31
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锗基单硫族化合物——硫化锗（Ge S）和硒化锗（Ge Se）,具有和黑磷类似的结构,兼具合适的带隙和较高的理论载流子迁移率,且具有更好的空气稳定性。本文通过合金工程实现了带隙调控,并进一步研究了它们在光催化以及光电探测领域的应用。首先对Ge SxSe1-x（x=0,0.5,1）进行了理论计算。单层Ge Se、Ge S0.5Se0.5和Ge S的带隙分别为1.55 e V、1.80 e V和2.31 e V,说明理论上通过合金工程可以实现有效的带隙调控;单层Ge SxSe1-x的空间电荷分布与II型异质结类似,光生电子将迁移至导带底（Ge）,空穴将迁移至价带顶（S或Se）,有利于光生电子和空穴的分离。其次,通过高温固相反应合成了Ge SxSe1-x（x=0,0.5,1）块体,然后通过超声辅助液相剥离,大批量制备了具有良好的结晶性、元素分布均匀的二维Ge SxSe1-x（x=0,0.5,1）纳米片。Ge Se、Ge S0.5Se0.5和Ge S纳米片的实验带隙分别为1.38 e V、1.54 e V和1.63 e V,规律与理论计算结果相符合。Ge SxSe1-x纳米片都展现出优异的光催化产氢性能。但是Ge S0.5Se0.5纳米片的性能最优,产氢速率为1.52 mmol g-1 h-1,循环性也较好。最后,通过微机械剥离法得到横向尺寸为～12μm、厚度为～80 nm的Ge S0.5Se0.5纳米片,带隙值为1.3 e V。制备的光电探测器在515 nm光激发下表现出非常高效、快速和稳定的光响应。最大探测能力为4.52×1013 Jones,最高响应度为1.15×10~4 A W-1,此时外部量子效率为2.79×10~6%;上升时间和衰减时间分别为0.05和1.15 s;经过10个循环之后,依然保持着良好的开关性。
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