二硫化钼纳米片修饰聚氨酯海绵及吸油性能研究

以二硫化钼( MoS2)粉末为原料,采用超声辅助液相剥离法制备了MoS2纳米片,通过MoS2纳米片和聚二甲基硅氧烷( PDMS)依次修饰聚氨酯( PU)海绵,制备了疏水亲油性质的PU-MoS2吸油材料,并测试了其接触角和吸油性能。结果表明,所制备的PU-MoS2海绵有着优良的疏水亲油性能和较强的吸油能力。对不同的有机液体,PU-MoS2海绵分别能够吸取自身重量12~86倍的有机溶剂。尺寸较小MoS2纳米片修饰制备的PU-MoS2海绵具有较高的吸油能力。此外,PU-MoS2海绵在重复使用20次后仍能保持强的吸油能力,表明其可循环利用,具有良好的应用前景。     

高分散二硫化钼复合纳米纤维的制备及表征

以二硫化钼(MoS2)粉体为原料、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂,采用超声辅助液相剥离法制备了MoS2纳米片,利用静电纺丝技术制备了MoS2复合纳米纤维.采用紫外可见吸收光谱(UV-vis)、X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)和拉曼光谱(Raman)表征了MoS2纳米片和复合纳米纤维的形貌、尺寸及分散性.结果表明,经超声辅助剥离制备的MoS2纳米片为单层或少层结构,其尺寸为50～100 nm.掺杂MoS2纳米片的复合纳米纤维具有光滑的表面和均匀的直径(～730 nm),MoS2纳米片在纤维内能均匀分散、无聚集,表明MoS2纳米片与PVP纤维有着良好的兼容性.     

石墨烯及其纳米复合材料的制备与应用研究

石墨烯作为一种新兴二维碳纳米材料,具有完美的晶体结构和诸多优异的物理化学性能.石墨烯独特的电学、热学、光学和力学性能,使其在电子器件、导热材料、气体传感器、感光元件以及环境科学等领域具有广阔的应用前景.其潜在的实际应用价值,使石墨烯材料的开发成为当前最受关注的研究热点之一.本文从石墨烯的来源、结构、分类和基本性质出发,概述了石墨烯及其衍生物的制备方法及属性特征,进而介绍了石墨烯及其衍生物纳米复合材料在电子、材料、储能和环境等领域中的最新研究进展,并对石墨烯及其纳米复合材料的发展前景进行了展望.     

石墨烯保护层对铜电化学腐蚀行为的影响研究

以铜箔为基底通过常压化学气相沉积法制备了高质量、连续的少层石墨烯.采用极化曲线和电化学阻抗谱对纯铜箔及石墨烯/铜样品在0.1 mol/L NaCl溶液中的抗腐蚀性能进行了研究.结果表明,石墨烯/铜样品的自腐蚀电位比纯铜箔的高0.114 V,腐蚀电流密度较纯铜箔的低1个数量级,极化电阻较纯铜箔的高4.4倍,阻抗模值比纯铜箔的提高了约1个数量级.因此,石墨烯可以作为铜表面的保护层,抑制铜在NaCl溶液中发生电化学反应,从而增强铜的抗腐蚀性能.     

Ca修饰石墨烯储氢性能的第一性原理研究

使用基于密度泛函理论的DMol3程序包,研究了纯石墨烯和5种不同结构Ca修饰石墨烯的几何结构、电子结构和储氢性能.结果表明:Ca原子不同位置吸附对石墨烯结构影响微弱;随Ca原子周围氢分子吸附数目增加,费米能级处电子态密度值增大,氢分子平均吸附能减小;单Ca修饰石墨烯能稳定吸附6个氢分子,吸附能为0.635eV,储氢密度为2.77wt;;双Ca修饰石墨烯结构Ⅲ和Ⅳ的氢平均吸附能最高,分别达到0.789 eV和0.733 eV,其储氢密度为4.95wt;.     

扶手椅型石墨烯纳米带吸附镍、铜原子链的电子结构

采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,研究了扶手椅型石墨烯纳米带吸附3d过渡金属磁性Ni和非磁性Cu单原子链的结构、电子性质和磁性.吸附体系经过弛豫后,不同宽度纳米带吸附单原子链的稳定结构是不同的.Ni比Cu原子链在石墨烯纳米带表面的吸附更为稳定.原子链吸附在纳米带的边缘洞位(即5AG-1、6AG-1和7AG-1位置)时较为稳定,且稳定程度随着纳米带宽度的增加而增加.原子链和石墨烯纳米带的相互作用使得Ni单原子链吸附体系的磁矩为零.Cu原子链吸附5AG-1的复合体系具有磁性.Ni原子链的吸附体系呈现出带隙较小的半导体性质,而Cu原子链的吸附体系全都表现出金属性质.     

掺P石墨烯结构和电子性质的第一性原理研究

基于密度泛函理论第一性原理,在广义梯度近似下,本文研究本征石墨烯和掺杂不同浓度P的石墨烯结构和电子性质并发现本征石墨烯禁带宽度为零;对于P∶C掺杂比分别为1∶17、1∶7、1∶1的石墨烯,其P-C键长由0.142nm的C-C键分别增大为0.1629 nm、0.1625 nm、0.1751 nm,其对应带隙分别由零带隙变为0.28 eV、0.44 eV、1.21eV:费米能级逐渐下降.分析分波态密度后发现,在掺P石墨烯中主要为P原子的3p态电子影响其总态密度.     

Tb∶Lu2SiO5光学薄膜的结构演变和发光性能

采用溶胶-凝胶法结合旋涂工艺在单晶硅(111)上制备了Tb3+离子不同掺杂浓度的硅酸镥光学薄膜(Tb∶Lu2SiO5),利用热重差热分析(TG-DSC)、X射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、原子力显微镜(AFM)和紫外可见荧光光谱(PL)对Tb∶Lu2SiO5薄膜的不同温度热处理的结构演变和发光性能进行了表征.研究结果表明Tb∶Lu2SiO5光学薄膜表面均匀、平整、无裂纹,薄膜样品从800℃开始晶华,1100 ℃时晶化完全.Tb∶Lu2SiO5的发光性能表现为Tb3+离子的4f→5d和5D4(5D3)→7FJ(J =6,5,4,3)跃迁结果(监测波长分别为480～650 nm和350～470 nm),激发主峰位于～240 nm,发射光谱主峰为542 nm的绿光发射.研究表明Tb3掺杂浓度对Tb∶Lu2SiO5光学薄膜的发光强度会产生明显影响,掺杂15mol;的Tb3+时,Tb∶Lu2SiO5薄膜的发光强度最强.     

石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性研究

化学气相沉积法生长的单层石墨烯具有卓越的力学、热学和电学特性,成为新一代纳米器件的首选材料。对石墨烯电子特性的理论研究有利于推动纳米器件的发展与应用。本文基于密度泛函理论与非平衡格林函数相结合的方法,系统地研究了石墨烯及石墨烯/氮化硼的电子结构特性。结果表明,在高对称K点,带隙为零。在50~400 K范围内,由于费米面的电声子散射作用,单层石墨烯的迁移率随着温度增加呈现显著下降趋势。此外,通过对不同层间距的石墨烯/氮化硼结构的能带、态密度、电子密度等特性分析,发现随着层间距增加,能带间隙减小,导带与价带间的能量差减小。随着原子个数的增加,石墨烯/氮化硼超胞结构与原胞结构的带隙开度变化规律一致,这对石墨烯基器件的结构设计具有一定的指导意义。     

Co2 O3/石墨烯复合材料的结构及电化学性能研究

采用CoCl3·(H2 O)6作为钴源通过化学反应制备了Co2 O3,并用水热法制备了Co2 O3/石墨烯的复合材料.利用XRD、Raman、SEM对其进行结构表征.结果表明:制备样品结晶完整,能够体现相应物相的XRD特征峰值;并且样品的Raman图样不但体现出Co2 O3的特征谱峰,而且在能够体现石墨烯单层结构分离度好的2D峰处也表现出优异的特性.样品微观组织观察发现Co2 O3呈棒状短柱状嵌入或平布在石墨烯基底上.电化学测试表明:复合材料电化学性能优良,在50 mV/s的扫描速率下质量比电容达到了240 F/g.     

GeS/MoS2异质结电子结构及光学性能的第一性原理研究

以MoS₂、GeS为代表的二维层状材料在光学、电学等方面表现出优异的物理性能。如何将两者的优良性能结合,同时获得具有新的协同功能的复合材料对电子器件的发展和应用具有重要意义。本文采用密度泛函理论的第一性原理计算方法,对GeS/MoS₂异质结的电子结构及光学性质进行了系统研究,并探索了界面间距、应变和电场对异质结电子结构和光学性能的影响。研究结果表明,GeS/MoS₂异质结是Ⅱ型能带排列,该能带排列有利于光生电子-空穴对的分离。进一步研究发现,通过应变和电场等手段可以实现对GeS/MoS₂异质结能带排列及光吸收系数的有效调控。该研究结果表明GeS/MoS₂异质结在光催化、光电器件等领域具有潜在的应用,为设计与制备GeS/MoS₂相关的光电器件提供了理论指导。     

Y,Zr,Nb掺杂对单层MoS2电子结构的影响

本文基于第一性原理的方法研究了Y、Zr、Nb在Mo位掺杂单层MoS2的能带结构和态密度.研究发现:Y、Zr、Nb三种杂质在Mo位掺杂使杂质原子附近的键长发生畸变,畸变最大的是Y掺杂体系;Y、Zr、Nb的掺杂改变了单层MoS2能能带结构,使掺杂体系向导体转变;对于Y、Zr、Nb共掺杂体系,Y、Zr共掺杂增强了单层MoS2导电性能;Y、Nb共掺杂单层MoS2的费米能级穿过杂质能级,此处的能级处于半满状态,容易成为电子的俘获中心;Zr、Nb共掺杂体系的禁带中出现了多条杂质能级,同时导带能量上移;Y、Zr、Nb共掺杂可以很大程度改变单层MoS2材料的电子结构.     

95;Ar+5;H2气氛退火对Ag/MoS2和Ag/BN/MoS2薄膜形貌和结构的影响

采用射频(RF)磁控溅射在室温下连续逐层沉积,然后在95;Ar+5;H2混合气氛中进行500 ℃低温退火制备了Ag/MoS2和Ag/BN/MoS2纳米薄膜,采用拉曼光谱(Raman)、X射线光电子能谱(XPS)和原子力显微镜(AFM)对其结构、组成和表面形貌进行了研究.结果表明:所制备的纳米膜均匀连续,界面紧密巨清洁.95;Ar+5;H2混合气氛中退火能强烈影响顶部MoS2层的形貌并有效去除MoS2中的杂质氧改善其结晶性、稳定性和结构完整性;顶部MoS2层在沉积态时呈细小颗粒状,退火后呈片层状和颗粒状混合形态,特别是引入BN 层后促进了其向更大更薄的片状转变,巨MoS2薄膜由块状变成类层状结构.另外,电性能表征显示Ag/MoS2具有良好的欧姆接触巨电阻率低,引入BN层使得Ag与BN以及BN与MoS2的界面处产生肖特基势垒从而使Ag/BN/MoS2具有整流特性.     

Ru掺杂MoS2对SO2F2和H2S气体吸附的第一性原理研究

本文基于第一性原理探讨了Ru掺杂的单层MoS₂(Ru-MoS₂)的结构及其对SF₆绝缘设备中的两种主要分解气体SO₂F₂和H₂S的传感和吸附行为。Ru原子进入硫空位从而产生Ru-MoS₂,结果表明,Ru-MoS₂对SO₂F₂和H₂S气体的吸附能(E_ad)分别为-1.52和-2.11 eV,属于化学吸附。通过能带分析(BS)和态密度(DOS)分析进一步证明了两个体系的吸附性能,并阐述了Ru-MoS₂用于电阻式气体传感器时的气体吸附传感机制。除此之外,本文在理论上探索了不同温度下Ru-MoS₂解吸附SO₂F₂和H₂S的恢复时间,在598 K温度下,SO₂F₂吸附体系的恢复时间为6...     

Novel Intercalation Compounds of MoS2

Abstract

Intercalation of naphthalene and its substituted derivatives into MoS₂ has been achieved by exfoliation-reflocculation. Intercalation results in an expansion of the lattice in a direction perpendicular to the dichalcogenide layers and, in the case of naphthalene, modifies the electrical properties of the host.     

还原氧化石墨烯/MoS2与碳纳米管/MoS2作为润滑油添加剂的摩擦学性能研究

通过水热法成功制备出还原氧化石墨烯/MoS2(RGO/MoS2)与碳纳米管/MoS2(CNTs/MoS2)纳米复合材料,采用XRD,SEM以及TEM分别对纳米复合材料样品进行了分析和表征,结果表明所制备的复合材料中MoS2与还原氧化石墨烯、碳纳米管很好地结合在一起.用UMT-2多功能摩擦试验机测试其作为液体石蜡添加剂的摩擦磨损性能,并对其摩擦机理进行了分析.研究发现,与纯的MoS2相比,一定比例的RGO/MoS2纳米复合材料作为润滑油添加剂的摩擦系数降低了18;,相对磨损量减少55;;与碳纳米管增强的纳米复合材料相比,RGO/MoS2纳米复合材料具有更好的摩擦磨损性能.     

O、Se和Te掺杂对单层MoS2电子能带结构和光学性质的影响

利用密度泛函理论第一性原理,计算了本征单层MoS2以及O、Se和Te掺杂单层MoS2的结构参数、能带结构、氧化还原电势、态密度、光吸收特性和光催化潜力.结果表明,本征和掺杂单层MoS2的晶胞参数、键长随原子半径的增大而增大,键角随原子半径的增大而减小.掺杂后禁带宽度变小,导电性增强.本征和掺杂的单层MoS2的导带底电位负于水解制氢反应的还原势,其价带顶电位正于水解制氢反应的氧化势,均具有光催化水解制氢的潜力.但是,本征和O掺杂,由于价带顶与导带底电位相应于水的氧化还原势和电子空穴需求量均存在不平衡,使其光解水性能不理想.然而,Se和Te掺杂可以平衡其还原与氧化能力,改善单层MoS2的光催化的性能,其中Se掺杂改善效果最为明显.同时,掺杂后的单层MoS2对可见光吸收效率增强.此研究有助于筛选合适的单层MoS2掺杂元素,提高单层MoS2材料的光催化水解制氢性能.     

TiO2有序分级结构的制备条件对其形貌和光电转换性能的影响

采用水热法,在钛箔表面成功制备出TiO2纳米线-纳米粒子分级结构光阳极.利用XRD、SEM等表征方法系统研究了制备条件对TiO2有序分级结构物相和微观形貌的影响,讨论了TiO2纳米结构和其光电转换性能之间的关系.结果表明:由于二次水热反应将初级TiO2纳米线阵列转变为纳米线-纳米粒子分级结构,使其比表面积和光电转换性明显提高.然而晶体生长时间过长或水热反应前驱液的浓度较高,都使得生长的纳米结构相互团聚在一起,从而减少其比表面积,降低光电转换性能.最佳的条件是第一步水热反应时间10 h,草酸钛钾溶液浓度0.0075mol/L,第二步水热反应时间6h,TiC14处理液浓度0.05 mol/L,分级结构的光电转换效率达到2.01;.     

二维MoS2/WSe2异质结的光电性能研究

近年来基于二维半导体过渡金属硫族化合物如MoS₂的光电晶体管被广泛研究。虽然基于单层MoS₂的光电探测器表现出较高的响应度,但是其较低的载流子迁移率也限制了响应时间,约在秒量级。二维半导体的相互堆垛可以形成具有低缺陷态且空间均匀的范德华异质结构,是提高二维光电探测器性能的有效途径。基于此本文通过机械剥离转移法构筑MoS₂/WSe₂垂直pn异质结,其较强的空间电荷区能有效地分离光生载流子,所以在自驱动状态下仍具有较好的光电探测能力,光响应度和探测率分别达到2.12×10³ A/W和2.33×10¹¹ Jones,同时极大地缩短了响应时间,响应时间达到40 ms。这种二维异质结器件制备方法简易,性能优异,在光电子领域具有广阔的应用前景。     

基于温和氧等离子体实现硫化钼P型掺杂的研究

采用一种处于电容放电模式(E-mode)的温和氧气电容耦合等离子体技术对薄层MoS2进行处理,实现了P型掺杂.通过光学显微镜、拉曼光谱、X射线光电子能谱和场效应晶体管的转移曲线测试,对MoS2的掺杂机理进行了分析,发现温和氧气等离子体处理过程中氧和钼能形成Mo-O键,从而提供额外的空穴使其电子浓度下降,最终导致其开启电压变高、输出电流下降,同时氧气的化学吸附诱导在MoS2层中引入了P型掺杂.此研究为实现MoS2的P型掺杂提供了新途径.