二维硫化钼基原子晶体材料的化学气相沉积法制备及其器件

二维过渡族金属硫属化合物因其带隙具有强烈的层数依赖性而在电子器件方面具有广泛的应用前景.其中单层二硫化钼(MoS₂)是该系列材料中最典型的一种直接带隙半导体,它具有优异的光、电、磁、热和力学性能.二维MoS₂有望在光电探测、光伏器件、场效应晶体管、存储器件、谷电子和自旋器件、温差电器件、微纳机电器件和系统等方面得以广泛应用.化学气相沉积(CVD)法已成为制备二维过渡族金属硫属化合物如MoS₂、MoSe₂、WS₂和WSe₂等原子层薄膜的主要手段,尤其科学界利用CVD法对二维MoS₂材料进行了深入的制备探索,通过该方法制备的MoS₂薄膜在电子和光电器件方面已经有广泛研究.本文将从二维MoS₂的基本物性出发,详细介绍CVD法制备MoS₂的各种工艺过程,如热分解硫代硫酸盐法、硫化Mo(MoO_3-x)薄膜制备法、MoO_3-x粉体与硫属前驱体气相合成法和钼箔表面直接硫化法,并介绍了基于MoS₂的二维异质结构筑方法.在制备材料的基础上,详细阐述了二维MoS₂在场效应晶体管、光电探测器、柔性电子器件以及异质结器件方面的应用,并展望了二维材料在半导体器件中的应用前景.     

化学气相沉积法合成二维过渡金属硫族化合物研究进展

二维晶体材料所独有的二维平面结构赋予了这类材料诸多独特的性质. 近年来围绕二维过渡金属硫族化合物的相关研究发展迅速. 本文以二维MoS₂、WS₂为代表概述了利用化学气相沉积法合成过渡金属硫族化合物二维晶体的研究进展, 阐述了基本合成策略, 讨论了主要影响因素, 归纳了以MoS₂、WS₂为结构基元的二维合金及异质结构的合成方法, 最后阐明了利用化学气相沉积法合成二维晶体存在的主要问题并展望了这一领域的发展前景.     

晶格失配诱导的过渡金属二硫族化物可调维度转变（英文）

低维材料的低维特征使其具有许多优异的性质.然而,其从二维三角形到一维纳米条带可调维度转变背后的机理仍然未被认识.本文建立了一个过渡金属二硫族化物生长的一般性动力学蒙特卡洛模型,该模型能够很好地重现过渡金属二硫族化物生长实验的几个关键现象,并发现过渡金属二硫族化物的维度主要是由过渡金属二硫族化物-基底之间的晶格失配以及一定强度的相互作用导致的,其维度可以通过相互作用强度和基底的几何性质调节.本工作深入认识了低维材料可调维度的机理,有望为设计具有期望维度的材料提供新思路.     

二维材料双电层场晶体管的研究

近年来, 二维材料特别是二维过渡金属硫属化合物材料作为一个新兴研究领域引起了人们极大的兴趣, 它们也被认为是基于石墨烯电子器件的补充材料. 过渡金属硫属化合物之所以能引起人们强烈的兴趣, 在于它们奇特的性质以及其在催化, 能量存贮, 电子, 光电等领域的广泛应用. 自2007年开始, 双电层离子液体晶体管技术被广泛的应用于有机和无机材料包括过渡金属硫属化合物材料以修饰或者调控这类材料的电性质. 基于这种双电层晶体管技术, 材料的迁移率, 操作电压等被进一步改善, 绝缘-金属相变, 超导甚至是铁磁性质也被实现. 本工作将综述双电层离子液体晶体管技术对二维材料的调控性能和简要展望其今后的发展方向.     

硫粉为硫源,多元醇辅助合成硫化钼纳米片（英文）

本文以普通硫粉和钼酸钠为原料,通过两相法在170-200°C下经8 h制备得到二硫化钼纳米片,同时基于聚集-聚并模型提出其三步法生长机理。其中,硫粉的再组装保证了其向H_2S的转化,使钼酸钠得以还原,因此在本方法中起到关键作用。本法制备得到的硫化钼纳米片富含可能由于各种位错引起的未饱和硫原子,有利于其在催化加氢等领域的应用。此外,由于二维过渡金属硫族化合物结构相似,所以本方法及其机理可能同样适用于其他二维过渡金属硫族化合物。本方法为绿色、便捷制备二硫化钼纳米片提供了一个选择。     

铝离子电池中过渡金属硫族化合物正极材料

作为铝离子电池(AIBs)的正极材料,过渡金属硫族化合物(MX₂ (X=S、Se、Te))具有理论比容量较高和电负性较低等优点,在铝离子电池应用领域极具发展前景。本文以提高过渡金属硫族化合物的储铝性能为目的,综述了过渡金属硫族化合物(MX₂ (X=S、Se、Te))的储铝机理及其电化学性能的关系,并针对目前过渡金属硫族化合物存在的问题,总结研究者们提出的相应解决方案并归纳此类材料的主要改性技术手段。最后,对过渡金属硫族化合物正极材料的发展方向进行展望,并探讨改善其整体电化学性能的可行策略。     

准二维金属硫属化合物类石墨烯结构的化学合成与组装

无机类石墨烯属于准二维纳米结构体系,因其具有比纯碳石墨烯本身更多的调控参数,比如带隙类型及其带隙宽度可调节等,在电子器件构筑和能量转化存储等领域有着重要的科学意义和广阔的应用前景．近年来,具有准二维特征的金属硫属化合物（metalchalcogenides,MCs）作为类石墨烯结构的重要材料体系受到了广泛关注．本文概述了近年来金属硫属化合物类石墨烯结构的化学制备方法及其可能的组装应用,提出了通过系列方法影响层间作用力及利用晶体各向异性等材料设计与合成策略来实现类石墨烯的化学合成,并展望了类石墨烯的组装结构在能量存储与智能传感领域的应用前景．     

二维过渡金属硫族化合物在生物医学中的应用

二维过渡金属硫族化合物(TMDs)是继石墨烯纳米材料发展之后一类新型的二维纳米材料. 由于其特殊的物理化学性质, TMDs二维纳米材料在能源、光电器件、催化反应等多个领域引起了人们广泛的研究兴趣. 近年来这类材料在纳米生物医学方面也得到人们广泛的关注. 这篇综述简单介绍TMDs二维层状纳米材料的制备、表面修饰、生物成像、肿瘤治疗和毒理学研究, 并对二维TMDs纳米材料未来在生物医学领域的发展做出展望.     

金属卟啉二维纳米晶的制备及其光电性能

金属卟啉是一种重要的金属-有机复合物,在光电转换器件、催化、传感、医学等领域有着广阔的应用前景。对无机二维纳米材料（石墨烯或过渡金属硫属化合物等）的广泛研究促使金属-有机二维纳米材料成为当前的研究热点之一。本文针对金属-有机以及卟啉二维纳米材料的研究现状,在简要回顾金属-有机二维纳米材料发展历史的基础上,详细总结了金属卟啉单分散二维纳米晶和二维薄膜的制备方法,综述了其当前在太阳能电池、光电催化以及光学传感等方面的应用,最后讨论了金属卟啉二维纳米材料当前面临的研究问题及未来可能的发展方向。     

二维半导体合金的制备、结构和性质

原子层厚度的二维半导体材料因具有特殊的低维效应而被广泛研究. 面向光电器件应用, 需要可控调节二维半导体材料的能带结构, 包括带隙、价带/导带位置等. 合金方法是一种调控半导体能带的通用方法. 本综述介绍了近几年来二维半导体合金材料的研究进展, 包括材料的热力学稳定性、可控制备、结构表征和性质研究. 介绍的材料体系是过渡金属二硫族化物的单层合金材料, 金属元素主要是第六副族的Mo和W, 硫族元素主要是S和Se.     

二维过渡金属硫族化合物纳米材料的制备与应用研究进展

二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）纳米材料是一种新型的类石墨烯材料,具有优异的电学、光学及催化特性.简要介绍了TMDCs的晶体结构和电子特性;详细综述了常用的制备方法,主要包括机械剥离法、水（溶剂）热合成法、化学气相合成法等,并总结了各种方法的优缺点;归纳了二维TMDCs在电子器件、光电器件、传感器、微波吸收、储能和催化等方面的应用研究进展;最后总结了该领域存在的问题,展望了研究前景.     

二硫化钼二维原子晶体化学掺杂研究进展

以二硫化钼（MoS₂）为代表的半导体二维过渡金属硫族化合物（TMDCs）具有优异的光电特性,在新型电子器件领域展示出广阔的应用前景。二维MoS₂的性能调控与功能协同是实现其在电子器件领域实用化的关键。化学掺杂是调控二维MoS₂的性能并丰富其材料特性最为直接而有效的方法之一。本文重点介绍了基于表面电荷转移、面内取代以及层间插层策略的掺杂方法,讨论了各种掺杂方法的基本原理、最新进展以及局限性,最后展望了二维MoS₂掺杂研究面临的挑战与发展方向。     

二维过渡金属硫族化合物在超级电容器中的研究进展

近年来, 过渡金属硫族化合物(TMDs)作为一种新兴的二维材料, 因其独特的层状结构及电学特性成为超级电容器电极材料的理想候选者之一. 本文介绍了二维TMDs的常用合成方法, 阐述了钼基、 钨基和钒基等TMDs在超级电容器中的研究进展, 分析了形貌、 尺寸和改性方法等因素对TMDs材料电化学性能的影响, 并对TMDs在超级电容器领域的工业化应用和挑战进行了总结与展望.     

二维材料电催化剂的构建及其CO2还原应用的研究进展

近年来,随着温室效应即全球变暖引发的环境问题越来越严峻,因此,CO2转化与再生引起了科学界的广泛关注,其中备受关注的是电催化CO2还原。而二维材料电催化剂可以将CO2还原为高附加值的多碳化合物,但催化剂的合成设计以及理论研究有待更多的研究。从发现石墨烯开始,二维材料的其他超薄层状结构的广泛研究逐渐出现。本文重点综述了石墨烯、MXenes、金属氧化物、二维MOFs和过渡金属硫族化合物等二维材料的构建以及其CO2还原电催化技术应用方面的最新进展,并简要的介绍了二维材料的分类和制备方法。讨论了电催化CO2还原的基本原理以及反应途径。指出了二维材料电催化剂面临的机遇和挑战,旨在对二维材料电催化剂的合成以及应用提供一些新的思路。     

聚合物膜燃料电池阴极非Pt催化剂

简要介绍了聚合物膜燃料电池（PEMFC）的特点及其存在的主要技术问题。综述了PEMFC阴极非Pt催化剂的研究进展,重点讨论了过渡金属硫族化合物、过渡金属合金、过渡金属氮化物、过渡金属氧化物以及过渡金属大环化合物等非Pt催化剂对氧还原反应（ORR）的催化活性、化学或电化学稳定性以及耐甲醇能力等性能,提出了阴极非Pt催化剂存在的问题以及发展趋势。Ru基硫族化合物、Pd基合金和过渡金属大环化合物催化剂具有良好的性能,有望成为PEMFC阴极Pt基催化剂的替代材料。     

基于类石墨烯二维材料的析氢反应电催化剂的研究进展

利用可再生能源产生的电能电解水制取氢气,被认为是下一代清洁能源的最佳选择之一。然而,通过电解水可持续的产生氢气需要高活性的催化剂来使得反应有效地进行。基于类石墨烯二维材料的析氢反应电催化剂展现出巨大的潜力,因而备受关注。本文主要结合我们课题组近期在析氢反应电催化剂方面的研究,介绍了类石墨烯二维材料的析氢反应电催化剂的研究进展,主要包括过渡金属二硫族化合物、前过渡金属碳化物(MXenes)以及硼单层纳米片等。最后总结和展望了析氢反应电催化剂所面临的挑战与未来发展方向。     

过渡金属原子X (X=Mn、Fe、Co)掺杂单层Janus WSSe的第一性原理研究

二维Janus WSSe作为一种新兴的过渡金属硫族化合物(TMDs)材料,由于其打破了面外镜像对称性,且具有内在垂直压电和强Rashba自旋轨道耦合效应等丰富的物理特性,在自旋电子器件中具有巨大的应用潜力。本文基于密度泛函理论的第一性原理平面波赝势方法计算了过渡金属原子X(X=Mn、Fe、Co)掺杂单层Janus WSSe的电子结构、磁性和光学性质。结果表明：在Chalcogen-rich(硫族元素为多数元素)条件下的掺杂比在W-rich(钨元素为多数元素)条件下的掺杂展现出更高的稳定性,且掺杂后所有体系均表现出磁性。值得一提的是,对该体系进行Mn掺杂后,自旋向上通道出现杂质能级,WSSe由原来的非磁性半导体转变成磁矩为1.043μ_B的铁磁性半金属。而Fe、Co的掺杂使得自旋向上通道和自旋向下通道均出现杂质能级,呈现出磁矩分别为1.584μ_B、2.739μ_B的金属性。此外,掺杂体系的静态介电常数都显著增加,极化程度增强,且介电函数虚部和光吸收峰都发生了红移,说明掺杂有利于对可见光的吸收。     

二硒化钼纳米球储锂和储镁的性能和机理研究

二硒化钼是一种二维过渡金属硫族化合物材料,凭借其具有较快的离子迁移率、较弱的范德华力的层状结构,在锂离子电池的应用研究中吸引了广泛的关注。同时在镁离子电池应用中表现出潜在的研究前景。然而,有关二硒化钼在锂离子电池中的报道多集中在如何提高储锂性能上,对其离子存储机理缺乏深入研究。此外,在储镁性能和机理上均没有报道。本项工作通过湿化学和高温煅烧两步法合成了二硒化钼纳米球,当二硒化钼纳米球用作锂离子电池负极材料时,在5 A·g^-1的电流密度下展示了高于100 mAh·g^-1的优异高倍率容量;同时,作为镁离子电池正极材料时,在20 mA·g^-1的电流密度下表现出了120 mAh·g^-1的高储镁可逆容量。另外,通过电化学、原位和非原位X射线衍射表征技术,分别揭示了二硒化钼纳米球低平台发生的转化式和高平台发生的类锂硒电池反应并存的储锂机理,以及赝电容式为主,嵌入式为辅的储镁机理。本项工作不仅为二维过渡金属硫族化合物材料的储锂机理提供了深刻的理解,同时也为新型层状储能材料的设计开发提供了方向。     

基于二维材料的III族氮化物外延

III族氮化物合金因其宽广的可调能隙和优良的光电性能,在照明、电力电子、通讯、能源等领域有巨大优势,促使其材料制备技术不断发展.如何解决III族氮化物异质外延过程中晶格及热胀失配对材料质量的影响,是当前的研究重点.近年来,二维材料作为一类新兴材料受到了极大的关注.借助二维材料层间弱键合的特性,有望降低III族氮化物的制备成本、提高晶体质量,并实现柔性器件的制备,从而将其应用领域拓宽至可穿戴器件、可折叠器件等.本文综述了近年来国内外在二维材料上制备III族氮化物的研究报道,介绍了石墨烯、六方氮化硼、过渡金属硫族化物等二维材料上制备氮化物的各种尝试和成果,总结了二维材料上III族氮化物制备的特点,并对其未来发展趋势做了展望.     

双环戊二烯基二(芳氧基)钛、锆、铪衍生物的13C核磁共振谱

第Ⅳ副族金属的双环戊二烯基二卤化物及取代双环戊:二烯基二卤化物的¹³C NMR谱已有一些报道.但关于双环戊二烯基二(芳氧基)钛、锫、铪类型化合物的¹³C NMR谱则尚未见系统报道.我们研究其¹³C NMR谱,目的在于探讨第Ⅳ副族的不同金属以及芳环对位不同取代基对¹³C化学位移的影响.我们发现环戊二烯环的¹³C化学位移随金属周期数的增加而有规律地移向高场.同时,在钛、锆、铪三个系列的化合物中,不论是芳环还是环戊二烯环,其相应碳原子的¹³C化学位移之间存在着非常好的线性关系,相关系数等于或优于0.99.