二硫化钼中缺陷对光学性能的影响

材料的广泛关注，短短几年，二维材料就在光、电、力学等方面研究。继石墨烯之后，不断有新的二维材料被发现并研究，MoS2是常见的二维材料之一，MoS2迅速成为国内外的研究热点。MoS2是具有特殊的物理化学性质和特殊的层状结构的材料。MoS2有优越的光学性能，当MoS2层数逐渐减小到单层时，其能带结构由间接带隙变成了直接带隙，直接带隙使MoS2对光的利用更加彻底，因此其在光学方面具有巨大的应用潜力。随着研究的深入，缺陷也在二维材料中出现，且缺陷对性能影响较大。不同的缺陷对MoS2光致发光有不同的影响。本论文研究的主要内容是MoS2的基本结构和能带结构以及应用，缺陷的种类及缺陷的产生，缺陷对MoS2光致发光的影响。

Abstract： In 2004， the University of Manchester scientists Andrei Gem and Konstantin Novoselov made graphene for the first time. Due to the excellent properties of graphene， the two-dimensional materials have attracted widespread attention in the world. In the year， two-dimensional materials were studied in the fields of light， electricity and mechanics. After graphene， new two-dimensional materials were constantly being discovered and studied. MoS2 is one of the common two-dimensional materials， and MoS2 has quickly become a research hotspot at home and abroad. MoS2 is a material with special physicochemical properties and a special layered structure. MoS2 has superior optical properties. When the number of MoS2 layers is gradually reduced to a single layer， its energy band structure is changed from an indirect band gap to a direct band gap. The direct band gap makes MoS2 use light more thoroughly. It has huge application potential in optical aspect. With the deepening of research， defects also appear in two-dimensional materials， and defects have a greater impact on performance. Different defects have different effects on the photoluminescence of MoS2. The main content of this thesis is the basic structure， band structure and application of MoS2， the types of defects and the generation of defects， and the effect of defects on the photoluminescence of MoS2.

关键词：MoS2;缺陷;光致发光

Key words： MoS2;defect;photoluminescence

中图分类号：TN304                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）01-0225-05

0  引言

自從石墨烯在2004年被发现以来，人们对二维材料的认识更加全面，过渡金属硫化物（TMDs）得到大家广泛的关注，而二硫化钼作为过渡金属硫化物的典型代表，因其特殊的物理化学性质和特殊的层状结构，已成为国内外的研究热点。MoS2在性质上与石墨烯有很大的不同，不像石墨烯那样具有价带和导带接触的零间隙的材料，二硫化物是半导体，随着MoS2层数从厚层逐渐减小到单层，其能带结构也从间接带隙变成直接带隙，且直接能带间隙可以对光的利用更彻底，所以，MoS2在光学方面具有广泛的应用潜力，MoS2带隙可以在1.1-2eV的范围内，可以有效吸收或发射能量大于带隙的光子，主要表现为吸收光谱、振动光谱、光伏效应、光致发光/电致发光等的变化，由于其厚度为0.6nm，在柔性光电子器件的制作方面有很大的优势，它的光敏性也很强，是很有潜力的光电探测器材料，由其制作光电探测器探测率可达880A/W[9]，同时，基于此制成的光传感器、交换器有很大的优势。此外，过渡金属硫化物在锂离子电池、超级电容器、催化等领域引起广泛的关注。在力学方面，以MoS2为代表的层状过渡金属硫化物具有良好的润滑、催化功能。减小粒径，可以显著提高它的附着性、覆盖性、抗磨减摩的性能。在储能方面，单层MoS2由三层原子层构成，层内的钼原子与相邻的六个硫通过共价键相连，每个硫原子通过共价键和三个钼原子相连，而位于单层MoS2边缘的钼原子只与四个硫相连，硫原子只与两个钼相连，有大量的悬挂键，因此边缘能量较高在储能方面有较好的效果。但如其他材料一样，MoS2中也存在着缺陷，不同的缺陷对MoS2有不同的影响，缺陷对MoS2的性能影响较大。要将MoS2投入到实际应用中，必须合理处理缺陷。缺陷对MoS2的光学性能有较大的影响，可以通过缺陷调控来增强其荧光强度。