《石墨烯和石墨炔的電子態、自旋調控和器件設計》是依託浙江師範大學，由吳鋒民擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯和石墨炔的電子態、自旋調控和器件設計
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：吳鋒民
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
石墨烯具有極大的套用潛力，理解其電子態和自旋性質的調控以及相應器件的設計對於拓展石墨烯的套用是至關重要的。石墨炔是一類新型的碳同素異形體，並具有帶隙的新型半導體材料，同樣擁有廣闊的套用前景。近期，石墨炔已在實驗上成功製備，而對其基本性質的研究尚處於起步階段。本項目將通過第一性原理計算開展石墨烯和石墨炔納米材料的電子態及自旋性質調控的研究，從微觀電子結構的角度來理解這些調控機制。並通過對輸運性質的計算，設計功能化的石墨烯和石墨炔納米材料器件，如自旋濾波器、整流管、場效應管等等。進一步，基於理論研究結果，製備石墨烯和石墨炔納米器件。本項目的研究旨在為石墨烯和石墨炔納米材料器件的設計提供新的思路，並推進其在納電子領域的套用。
結題摘要
本項目開展了石墨烯/石墨炔和類石墨烯納米材料的製備、電子態及輸運性質調控的研究，理論結合實驗，從微觀電子結構的角度來理解這些調控機制，進一步設計功能化的石墨烯、類石墨烯納米材料器件。項目的研究旨在解決石墨烯和類石墨烯納米材料當前存在的基本物理問題、為器件的設計提供新的思路，推進其在納電子領域的套用。經過四年的努力，實現了研究目標。主要工作如下：（1）通過還原氧化石墨烯製備出了石墨烯多層結構，研究了不同條件下氧化石墨烯的還原程度及氮摻雜石墨烯的結構和光學性質隨氮含量的變化情況；採用 NbCl5、ZnMg 插層多層石墨烯、調控其電子態，分別得到了穩定的 p-、n-型插層的多層石墨烯，並通過第一原理計算從理論上對其進行了解釋;計算了電子共振誘導的水分子在單壁碳納米管中的輸運過程；(2)研究了pyridine 插層類石墨烯二維薄膜材料GaSe、GaTe前後對材料電子態的調控情況;（3）研究了石墨炔（graphyne-3, -4 and -5）對水的純化現象，獲得了純化效果好的石墨炔-3；（4）製備了類石墨烯二維MoS2薄膜及納米花，研究了材料的光學性質，研究了FeCl3、Zn插層後薄膜材料電子態的變化情況及納米花對羅丹明B的光降解效果，並研究了MoS2作為膜板對鹽溶液的純化效應；（5）首次獲得了尺寸達厘米量級的單層WS2薄膜，結合第一原理計算揭示了WS2薄膜轉移到目標襯底後電子態變化的本質原因；同時還（6）製備了WO3.0.5H2O微米管，研究了微米管的光催化特性；（7）製備了TiO2、ZnO基納米結構太陽能電池，獲得了最佳化的器件結構。 項目執行過程中共發表SCI論文20篇，申請專利7項，其中授權5項，培養研究生10名。首次製備的類石墨烯WS2單層薄膜尺寸達到厘米量級目，這對當前大尺寸二維薄膜材料的產業化套用製備具有重要的借鑑價值。同時本項目採用插層調節石墨烯的電子態，獲得穩定的p-、n-型插層石墨烯，這一發現對推動了石墨烯的套用具有重要的指導意義。在對石墨烯、石墨炔的電子共振誘導的輸運特性做了詳細研究，獲得最佳輸運條件。
