硫化物纳米薄膜的制备及其电催化性能文献综述

 2022-09-21 10:09

  1. 文献综述(或调研报告):
  2. 纳米材料应用背景:

近些年来,纳米材料因具有独特的尺寸结构,与传统材料的性能有很大不同而成为研究热点,被称为“二十一世纪最有前途的材料”。表面效应、量子尺寸效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应等基本特性使得纳米材料的应用在不同领域均有广阔的前景。

在众多领域中,比较受人关注的极为新型能源领域。其中太阳能电池作为一种新型清洁环保能源,目前已经应用到了很多领域,例如照明系统及太阳能汽车。按所使用的材料结构的不同,其发展历程大致可分为3个阶段:第一代太阳能电池主要以单晶半导体为原料制备,如单晶硅,此类太阳能光电转换效率较高,在20% 以上,但成本过高。第二代太阳能电池主要使用薄膜型材料,如非晶Si薄膜太阳能电池。虽然成本低廉,但是转换效率较晶体硅太阳能电池低,而且有较为严重的光致衰退效应,转换效率在15%左右。第三代太阳能电池即综合前两代电池的优点,具有长寿命、低成本、高效率且无毒,而各种纳米结构材料,如纳米薄膜、纳米线、量子点等材料受到广泛的关注,主要原因在于纳米结构具有优良特性,比如比表面积大、光学带隙宽化、量子限制效应以及多激子产生效应等,可以使电池获得更高的光电转换效率。

  1. 纳米薄膜
  2. 纳米薄膜

纳米薄膜是指由尺寸为纳米数量级(1~100nm)的组元镶嵌于基体所形成的薄膜材料,它兼具传统复合材料和现代纳米材料二者的优越性。目前,科研人员已从单一材料的纳米薄膜转向纳米复合薄膜的研究,薄膜的厚度也由数微米发展到数纳米的超薄膜。高迁移率半导体超薄薄膜构成了现代电子技术的基础,并可能导致高性能器件的大规模制造。由于传统半导体无法达到超薄极限,识别具有高载流子迁移率和大电子带隙的新型二维材料是基础研究的关键目标。然而,具有优异性能的空气稳定超薄半导体材料目前仍然难以实现。因此,我们研制了由化学气相沉积生长的未封装层状的超薄薄膜,它表现出优异的空气稳定性和高迁移率半导体特性。

2.晶体结构

层状是一种典型的铋基氧硫族化物材料,具有四方结构,由平面共价键结合的氧化层()和静电相互作用较弱的Se方阵夹层组成。与其他二维半导体不同,层状Bi2O2Se缺乏标准的范德瓦尔斯间隙,这导致了沿Se平面的表面原子结构的可能重新排列。通过第一原理计算和角度分辨光发射光谱(ARPES)测量研究了大块晶体的能带结构和状态密度,得到一个非常低的平面电子有效质量m * = 0.14plusmn;0.02mo(mo是自由电子质量)。注意,这个m*值低于硅(0.26mo)、MoS2 (0.4-0.6mo)和黑磷(0.15mo )的值,说明了实现超高电子迁移率的可能性。

由于其独特的层状结构,在化学气相沉积(CVD)生长过程中,优先在合适的基体上结晶成横向尺寸较大的超薄二维晶体。

图a,的层状晶体结构,具有四方n层和Se n层沿c轴交替堆叠。为清楚起见,未呈现Se与中的层之间的弱静电相互作用。

三.制备方法

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