二维二硫化钨基材料特性调控研究

作     者：杨昆琪 

作者单位：西安理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李恩玲;崔真

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：二维WS2 密度泛函理论 吸附 异质结 

摘      要：二硫化钨(WS2)作为一种典型的过渡金属硫族化合物(TMDs),由于其独特的层状结构、带隙可调以及高的比表面积等特点,使其具备优异的光学、电子和催化性能,在传感器、催化剂、电极材料和润滑剂等领域均有广泛的应用前景。具有半导体特性的二维WS2材料所展现的基本特性无法满足日益增长的需求,需要对二维WS2特性进行调控,以拓宽二维WS2的应用范围。吸附和构建异质结是调控二维材料的有效手段。本文主要基于密度泛函理论采用吸附和构建异质结的方式对二维WS2特性进行调控研究。 (1)有毒气体分子(CO、NH3、NO和NO2)吸附本征和空位缺陷 WS2:W 缺陷 WS2(Vw/WS2)可用于捕获NO;VW/WS2是检测NH3的理想可逆传感器;有毒气体分子的吸附可以有效调节空位缺陷WS2的能带,且吸附NO和NO2后本征和空位缺陷WS2体系引入了磁性;可通过加热的方式分离有毒气体分子。 (2)有机分子(TCNE、TCNQ和TTF)吸附本征WS2:有机分子在单层WS2中注入额外的载流子;WS2被有机分子吸附后能带出现杂质能级,且杂质能级都是由有机分子贡献;TCNE-WS2和 TCNQ-WS2吸附体系表现出P型掺杂,而TTF-WSz吸附体系表现出n型掺杂;通过外加负电场的方式减小了 TTF-WS2吸附体系的掺杂带隙,实现了n型有效掺杂。 (3)WS2/WSSe异质结研究:WSz/WSSe和WSSe/WS2异质结的空穴迁移率大于电子迁移率;WS2/WSSe和WSSe/WS2异质结均是用于光催化水分解的理想材料;两种异质结内存在从单层WSSe到单层WS2方向的内建电场;WS2/WSSe和WSSe/WS2异质结分别在pH=0和pH=7时是典型的S型异质结,且能量转换效率分别为15.5%和15.7%。