贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构:制备技术与光电性能综述

吴治涌¹，水世显¹，张显¹，杨鹏^1,2,3，万艳芬^1,2,3

1. 西安电子科技大学先进材料与纳米科技学院2. 云南大学材料科学与工程学院3. 云南省微纳材料与技术重点实验室

摘 要：过渡金属硫化物是由过渡金属元素和硫族元素构成,结构通式为MX2,其中M和X分别代表过渡金属和硫族元素。与石墨烯类似,过渡金属硫化物也是二维层状材料,层内由共价键键合形成六角网状结构,层间由范德华力相互作用堆积而成。然而,纯的石墨烯的零带隙限制了其在大多数电子和光电子上的应用。相反,已有研究表明,MoS2由块体材料厚度逐渐减小为单层材料时,其能带结构由间接带隙转变为直接带隙。同样,电子输运测试结果表明,二维过渡金属硫化物具有高的载流子迁移率、大的开关比等。但是二维过渡金属硫化物光吸收及光发射强度低,在很大程度上限制了该材料在光电领域的应用。为了突破二维过渡金属硫化物自身光吸收和光发射强度低的局限性,科研工作者将贵金属纳米颗粒独特的等离激元共振效应作为激发泵浦,增强二维过渡金属硫化物的光致发光效率,使贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构展现出独特的光学性能和电学性能,为其在光学、生物、存储、电学以及催化等领域的应用开辟了新的道路。目前,对贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构的研究,主要集中在利用贵金属纳米球、纳米棒、纳米岛、纳米盘、纳米天线、纳米核壳等结构对光进行汇聚,激发贵金属纳米结构中的表面等离激元,再将能量转移给二维过渡金属硫化物,进而在其中产生高强度的光吸收和光发射,对其光学特性产生明显的调制作用,并研究该复合纳米结构的光致发光和光生电流的增强特性。前期报道中主要采用电子束刻蚀、旋涂、浸润等方法来构筑复合纳米结构,但以上方法构筑的复合纳米结构中贵金属纳米颗粒沉积位置不可控,无序的纳米颗粒易在过渡金属硫化物的边缘和缺陷位置沉积,导致基面位置纳米颗粒厚度不均匀,这就在一定程度上限制了该复合纳米结构的应用。另外,当前关于贵金属纳米颗粒的形貌、尺寸、排列方式及间距等结构参数对复合纳米结构光电性能的影响的研究较少。本文综述了几种贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构的构筑方法,并综合对比了不同构筑方法的利弊,评述了其光致发光和光生电流强度的改变,最后结合本课题组的研究工作展望了贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构的发展前景。

关键词：贵金属纳米颗粒-二维过渡金属硫化物复合纳米结构;等离激元共振效应;光致发光;光生电流;