【《二硫化钼的性质概述》1800字】

二硫化钼的性质概述自然界中天然存在的二硫化钼（MoS2）是辉钼矿的主要成分之一，也是一种典型的过渡金属硫化物。天然的二硫化钼呈现铅灰色，人工合成的主要是黑色，带有金属光泽。二硫化钼的化学性质稳定，不溶解于一般溶剂之中，但是溶解于王水和煮沸的浓硫酸之中。二硫化钼由于其化学稳定性好，结构类似石墨烯，一直被广泛的应用于润滑领域。除此之外，二硫化钼具有半导体性质以及非磁性，并且拥有独特的光、电性质，是最受关注的材料之一。MoS2具有多种结构和形貌。不同堆叠方式的二硫化钼晶体大致可以分为三类1T-MoS2,2H-MoS2,3R-MoS2，其中2H-MoS2最为稳定，辉钼矿中的二硫化钼主要是2H-MoS2。1T、3R是亚稳态，在加热退火[1][2]、高能激光照射[3]或微波[4]处理下会转变为2H型。图1.1二硫化钼的晶体类型[5]Figure1.1crystaltypesofMoS2[5]二硫化钼的组装形式是中间一个钼原子，周围六个硫组成的厚度为三个原子的分子层。相邻层之间具有弱的范德华力，可以促进MoS2层之间的相互滑动。因此MoS2显示出不同的机械特性使其成为高效的固体润滑剂[6]。1MoS2的各个方面的性质1.1光学性能在波长范围400–500nm的可见光区域，无论是单层的还是多层的MoS2均有较大的吸收系数。这个系数在波长为500nm时会有一个急剧的衰减。对于单层MoS2，消光系数在450nm处出现峰值，这表明，在这个波长下，光被一层MoS2所保留。在500nm以上，消光系数很小，表明在500nm后单层MoS2是透明的[7]。多层二硫化钼的峰值出现在400nm左右，并且峰值比单层的强度大。1.2MoS2的拉曼光谱分析拉曼光谱分析法是一种重要的定性表征手段。李昌谷等人通过使用拉曼光谱系统研究了单层MoS2和多层MoS2的结构。其结果主要是两个特征拉曼峰被证明即E12g和A1g。E12g呈现在波数381cm-1的位置，显示硫原子在平面内的振动。A1g呈现在405cm-1的位置，显示硫原子在平面外的振动。另外，当块状MoS2转变成单层时，E12g呈现蓝移，而A1g则呈现红移性质[8]。随着层数从单层增加到块状，由于Mo原子间的长程库仑相互作用以及明显的介电屏蔽作用，E12g表现出硬化效应[9]。块状的MoS2和单层的MoS2的E12g和A1g波数间隔分别大约为25cm-1和19cm-1。在四层以上时，两个峰值强度随层厚的增加而线性增加，但是大块MoS2的峰值强度则相反[10]。当然不仅仅是层数的影响，在拉曼光谱中，峰值位置和线宽也受到热效应的影响[11]。刘等人分析了沉积在Si基底表面的MoS2的拉曼光谱[12]。如图1.2所示该拉曼光谱表现出两个重要的特征峰，即E12g和A1g。E12g与Mo一致，硫原子在晶面方向上以反相方式振荡，A1g模式与硫原子以反相方式振荡出的平面一致。图1.2沉积在Si基底表面的MoS2的拉曼光谱[12]Fig.1.2RamanspectraofMoS2depositedonSisubstrate[12]1.3MoS2的机械性能通过对单层MoS2的理论研究计算出的谐波弹性应变范围内的杨氏模量和泊松比为123Nm−1和0.25，表明单层MoS2比石墨烯更软[13-14]。MoS2的预张力小，弹性大，在半导体复合薄膜和柔性光电子器件中具有广阔的应用前景。将应变以限制的方式引入半导体，在器件工程中提供了极大的灵活性。1.4MoS2的电子频带结构MoS2单分子膜在光电子器件中的应用受其态密度、能带结构等电性质的影响。在单层MoS2中，材料转变为直接带隙为1.9ev的二维半导体材料[14]。由于交换函数和相关函数的各种近似值，文献报道MoS2带隙的值在1.9到1.6eV之间[15]。外应变对单层MoS2的带隙和能带结构有很大的影响。与石墨烯相比，改变单层MoS2带隙所需的应变量更小。机械应变降低了单层MoS2的带隙，使直接带隙变为间接带隙，半导体性质转变为金属性质。结果表明，在单层MoS2中，均匀的双轴拉伸应变将MoS2的半导体性质转变为金属性质[16]。如图1.3所示，是Kadantsev等人利用Kohn-Sham密度泛函理论和自旋-轨道耦合的变分处理，分析了MoS2单层的电子结构和所有电子的第一性原理计算。证明了单层的MoS2是直接带隙半导体。图1.3单分子层MoS2的电子能级的能带结构（红色线价带；蓝线导带）[16]Fig.1.3bandstructureofelectronicenergylevelofMoS2(redline,valenceband;Blueline)[16]参考文献[1]Guo,L.,Li,Z.,Chen,H.,Wu,Y.,Chen,L.,Song,Z.,Lin,T.Colorimetricbiosensorfortheassayofparaoxoninenvironmentalwatersamplesbasedontheiodine-starchcolorreaction.AnalyticaChimicaActa.2017,96759-63.[2]Mirkin,N.L.R.a.C.A.Nanostructuresinbiodiagnostics.ChemicalReview2005,1051547-1562.[3]RobertElghanian,J.J.S.,RobertC.Mucic,RobertL.Letsinger,ChadA.Mirkin.Selectivecolorimetricdetectionofpolynucleotidesbasedonthedistance-dependentopticalpropertiesofgoldnanoparticles.Science.1997,2771078-1081.[4]HidenoriO.,Y.A.,YukioN.,KazunoriK..Quantitativeandreversiblelectin-inducedassociationofgoldnanoparticlesmodifiedwithR-lactosyl-ω-mercapto-poly(ethyleneglycol).JournaloftheAmericanChemicalSociety.2001,1238226-8230.[5]Liu,R.,Liew,R.,Zhou,J.,Xing,B.Asimpleandspecificassayforreal-timecolorimetricvisualizationofβ-lactamaseactivitybyusinggoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(46),8955-8959.[6]Ai.K.,L.Y.,LuL..Hydrogen-bondingrecognition-inducedcolorchangeofgoldnanoparticlesforvisualdetectionofmelamineinrawmilkandinfantformula.JournaloftheAmericanChemicalSociety.1319496–9497.[7]Guo,L.,Zhong,J.,Wu,J.,Fu,F.,Chen,G.,Zheng,X.,Lin,S.Visualdetectionofmelamineinmilkproductsbylabel-freegoldnanoparticles.Talanta.2010,82(5),1654-1658.[8]Du,J.,Jiang,L.,Shao,Q.,Liu,X.,Marks,R.S.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricdetectionofmercuryionsbasedonplasmonicnanoparticles.Small.2013,9(9-10),1467-1481.[9]Lee,J.-S.,Han,M.S.,Mirkin,C.A.ColorimetricdetectionofmercuricIon(Hg2+)inaqueousmediausingDNA-functionalizedgoldnanoparticles.AngewandteChemie.2007,119(22),4171-4174.[10]Du,J.,Sun,Y.,Jiang,L.,Cao,X.,Qi,D.,Yin,S.,Ma,J.,Boey,F.Y.,Chen,X.Flexiblecolorimetricdetectionofmercuricionbysimplymixingnanoparticlesandoligopeptides.Small.2011,7(10),1407-1411.[11]Du,J.,Zhu,B.,Chen,X.Urineforplasmonicnanoparticle-basedcolorimetricdetectionofmercuryion.Small.2013,9(24),4104-4111.[12]Du,J.,Shao,Q.,Yin,S.,Jiang,L.,Ma,J.,Chen,X.Colorimetricchemodosimeterbasedondiazonium-gold-nanoparticlecomplexesforsulfiteiondetectioninsolution.Small.2012,8(22),3412-3416.[13]Niu,X.,He,Y.,Li,X.,Zhao,H.,Pan,J.,Qiu,F.,Lan,M.Aperoxidase-