过渡金属硫属化合物纳米结构的可控制备及其维度调控

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二维层状过渡金属硫属化合物材料由于具有可调节的带隙、较大的比表面积以及不同的相等特性,在光电学、磁学、能谷电子学、催化等领域有着广阔的发展前景,因而成为了全世界科研工作者竞相关注的焦点。过渡金属硫属化合物材料有着多种多样的形貌结构,不同的形貌结构决定了其截然不同的物化性质,而对低维材料的维数进行调控是探索其新奇物化性质的一种重要方式。研究表明可以使用自下而上的化学方法制备一维过渡金属硫属化合物纳米线,并探索其在光电子学、自旋电子学、催化、及光伏能量转换等方面的独特性质,吸引了许多研究小组对过渡金属硫属化合物一维纳米结构的关注。然而目前缺少可控制备过渡金属硫属化合物材料一维结构的方法,阻碍了科研人员进一步对其特性的研究,因此发展一种高效便捷的方法制备过渡金属硫属化合物一维纳米带结构尤为重要。鉴于此,我们自主设计了一种空间限域化学气相沉积法,可以实现多种过渡金属硫化物材料一维纳米带在多种衬底上的可控生长。利用多种表征手段对材料的微纳结构、表面电势、化学组成等进行了系统的研究并提出了相应的生长机制。论文主要的研究成果归纳如下:(1)我们采用空间限域化学气相沉积法制备出了二硫化钨二维纳米片、枝晶结构以及一维纳米带三种不同形貌的样品。通过对生长参数的调控,实现了二硫化钨纳米带样品在四种不同衬底上的可控生长。研究结果为今后探索衬底与过渡金属硫属化合物一维纳米带间的相互作用提供了一定的实验支撑。(2)我们利用空间限域化学气相沉积法分别在二氧化硅、高序热解石墨、柔性云母、蓝宝石四种衬底上成功地制备了二硒化钨一维纳米带结构及其它不同形貌的二硒化钨样品。经分析不同衬底上二硒化钨纳米带样品的表征结果,我们认为基底工程对一维纳米带的生长具有调控作用。(3)通过对空间限域化学气相沉积法的进一步应用,我们制备出了WS2(1-x)Se2x合金纳米带、二硫化钼纳米带、二硒化钼纳米带样品,表明该法具有普适性。结合计算流体动力学,我们提出了过渡金属硫属化合物一维纳米带的生长机制。(4)利用开尔文探针力显微镜和导电原子力显微镜对生长在高序热解石墨衬底上的WSe2纳米带的表面电势及导电性能等相关电学性质进行了系统研究,建立了其表面电势随层数的演化规律。通过对WSe2导电性能的研究,我们发现探针的金属尖端和WSe2纳米带在纳米尺度上的连接处形成了肖特基势垒。随后我们也研究了WS2纳米带表面电势的分布情况,结果表明WS2一维纳米带的表面电势低于单层WS2二维纳米片的表面电势。
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