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3. 计算结果与分析.. 11
3.1 单层MoS2气体吸附模型 .. 11
3.2 吸附能 .. 14
3.3 电子状态密度 .. 16
3.4 电导率 .. 20
3.5 电荷密度图 . 21
3.6 HOMO-LUMO . 24
3.7 气体分子的不同位置 .. 27
3.8 小结 . 29
4. 主要创新点 30
4.1 建立可靠的模型 30 4.2 引入硫缺陷到单层 MoS2中进行气体吸附研究 .. 30
4.3 通过热导率计算电导率 30
4.4 电荷转移与 Gap之间的关系 .. 30
结论 31
致谢 33
本科期间发表论文和专利情况.. 35
参考文献.. 36
1. 引言
1.1 MoS2的发展现状
1.1.1 石墨烯
纳米材料的发展经历了很多的阶段，现阶段的科学研究主要是在前人的基础
上进行的更加深入更加细致的探索性研究。1985年，人们第一次发现 C60笼型结
构（如图1.1所示）， 1991年，一些石墨层卷曲构成的同心圆柱中空管状结构被发现，这就是碳纳米管
（如图1.2所示）， 在石墨烯被成功制备出来之前，它被认为是一种假想性的结构，无法稳定独立的
存在。2004 年，英国曼彻斯特大学的 A. K. Geim 和K. Novoselov 两位教授首次
成功的分离出石墨烯（如图 1.3 所示），两人由于在二文石墨材料方面开创性的
研究，一起赢得2010 年诺贝尔物理学奖1石墨烯是一种由单层无限大的石墨构成的二文材料，其中碳原子以 sp2
杂化
轨道相互连接，共同组成呈蜂巢晶格的751角型平面薄膜2
，由图1.3中可以看出每
个碳原子与其他三个碳原子相连，碳碳原子通过共价键结合，键长为1.42Å，键
角为120°。石墨烯具有非常优良的性质，因此受到了科学家们的普遍关注。它
是当前世界上已知的最坚固却也是最薄的纳米材料，并且只吸收2.3%的光，几乎
是透明的；石墨烯还具有高的导热系数和电子迁移率，其导热系数高达
5300W/m·K，常温下电子迁移率能够达到106
cm2
/V·s，为目前世界上电阻率最
小的材料，因此石墨烯对发展出更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管
很有潜力3
。但是由于石墨烯本身不具有带隙，即石墨烯所谓的零带隙特性，使
得石墨烯的发展和应用受到了限制。
1.1.2 二文半导体材料
由于石墨烯的成功制备以及它的优良性质，二文半导体材料作为一种类石墨
烯材料受到了研究人员的广泛关注。不仅如此，发展二文半导体材料（带隙不为
零）还可以克服石墨烯本身的零带隙特性的缺陷。层状过渡金属硫化物（TMDs）
就是其中的典型代表，其化学式一般为 MX2（M=钼，钨，钌和 X=硫，硒和碲），
具有良好的物理和化学性质4,5,6,7,8
，并且对重要器件有很大的应用潜力9
。几种
MX2 型半导体在从体型到单层的转变过程当中其半导体性质也由间接带隙转为直接带隙。例如，MoS2
11,12
的单分子膜具有 1.5-2.0eV
的直接带隙。考虑到广泛可用的直接带隙值，二文半导体 MX2在二文（2D）光
电子领域有很大的应用前景，如发光二极管和光能量转换装置。
1.1.3 层状 MoS2
在众多层状过渡金属硫化物中最受研究人员关注的是层状 MoS2。不同于石
墨烯的零带隙特性,需要相应的改造打开带隙以进行实际应用，无缺陷的单层
MoS2具有1.9eV 的直接带隙5
，并且可以较为容易的应用于制备带间调节场效应
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