上海紫一試劑廠專注電池類新材料的開發(fā)

第六族過(guò)渡金屬二硫族層狀材料的合成和應(yīng)用

由單層或幾層原子構(gòu)成的第六族過(guò)渡金屬二硫族化合物是一種具有類石墨烯結(jié)構(gòu)的的新型層狀材料,這種材料表現(xiàn)出獨(dú)特的電學(xué)、光學(xué)、催化等性能,可廣泛應(yīng)用于電子器件、能量存儲(chǔ)、催化產(chǎn)氫等領(lǐng)域。由于量子點(diǎn)具有比表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)等特性,當(dāng)?shù)诹暹^(guò)渡金屬二硫族化合物的尺寸繼續(xù)減小至量子點(diǎn)時(shí),可望表現(xiàn)出比表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、界面效應(yīng)和宏觀量子效應(yīng)等特性。近年來(lái),硫化鉬和硫化鎢(MoS2和WS2)量子點(diǎn)作為一種新型的量子點(diǎn),因其獨(dú)特的性能而成為材料研究新興的熱點(diǎn)。本文分別以單層WS2材料和MoSe2量子點(diǎn)為研究對(duì)象,旨在研究單層WS2材料作為有機(jī)太陽(yáng)電池空穴傳輸層材料的效果和MoSe2量子點(diǎn)的制備及發(fā)光性能。第一章中,我們介紹了第六族過(guò)渡金屬二硫族化合物二維材料及量子點(diǎn)的研究進(jìn)展,主要包括制備方法和應(yīng)用兩個(gè)方面。第二章中,我們通過(guò)鋰離子插層剝離的方法合成了尺寸在300～400nm的單層WS2納米片,并探究了其在有機(jī)太陽(yáng)電池器件上的應(yīng)用。我們發(fā)現(xiàn)WS2薄膜在經(jīng)過(guò)紫外臭氧處理后,電池器件的效率顯著提高至8.37%,可以與經(jīng)典的空穴傳輸材料PEDOT:PSS相媲美。我們利用X射線光電子能譜(XPS)、拉曼光譜(Raman)、原子力顯微鏡(AFM)、紫外光電子能譜(UPS)等對(duì)紫外臭氧處理前后WS2薄膜的相組成、化學(xué)成分、形貌和功函數(shù)等進(jìn)行分析。結(jié)果表明,紫外臭氧處理過(guò)后,氧原子能填充硫化鎢因鋰插層剝離而產(chǎn)生的硫空位,減少它的缺陷,并且形成了一定量的鎢的氧化物,從而提高硫化鎢的電學(xué)性能。第三章中,我們通過(guò)液相超聲剝離法一步合成了尺寸均勻、分散性良好的MoSe2量子點(diǎn)。并通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)條件,如溶劑、超聲功率等參數(shù),得到了尺寸可控的MoSe2量子點(diǎn)。我們進(jìn)一步研究了MoSe2量子點(diǎn)的發(fā)光性能及機(jī)理,以及表面活性劑、尺寸、溶劑等因素對(duì)其發(fā)光的影響。結(jié)果表明我們制備的量子點(diǎn)同時(shí)具有紫外光波段和可見光波段的兩個(gè)發(fā)射峰,分別來(lái)源于本征態(tài)和表面缺陷態(tài)。當(dāng)MoSe2量子點(diǎn)尺寸減小時(shí),可見光波

段發(fā)射峰強(qiáng)度和紫外光波段發(fā)射峰強(qiáng)度的比值在增加,可見光波段的熒光壽命也相應(yīng)增加,我們認(rèn)為這主要是量子點(diǎn)尺寸減小時(shí),比表面積增加,位于量子點(diǎn)表面的缺陷會(huì)更多。從而電子被缺陷俘獲的時(shí)間越長(zhǎng)。第四章我們對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)。

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