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第一章 概论 1

第二章 二维材料的微结构 10

2.1 石墨烯 11

2.1.1 石墨烯的结构 11

2.1.2 石墨烯的性质 14

2.1.3 石墨烯的应用 15

2.2 黑磷 16

2.2.1 黑磷的结构 16

2.2.2 黑磷的性质及应用 19

2.2.3 黑磷的制备方法 20

2.3 二硫化钼 20

2.3.1 二硫化钼的电子结构 20

2.3.2 二硫化钼的光电性能 21

2.4 二维层状材料研究 22

2.4.1 单层MoS2 22

2.4.2 MoS2纳米带 23

2.4.3 MoSe2 23

2.4.4 WS2 24

2.4.5 WSe2 24

2.4.6 MoS2（1-x） Se2x与WS2（1-x） Se2x 25

2.5 本章小结 27

第三章 二维材料的第一性原理计算研究 32

3.1 第一性原理计算 32

3.1.1 第一性原理计算简介 32

3.1.2 密度泛函理论 33

3.2 利用VASP计算二维材料的基本电子结构 34

3.2.1 输入输出文件 34

3.2.2 结构优化 36

3.2.3 电子结构计算 38

3.3 双轴拉伸应变作用下单层二硫化钼的电子结构与光学性质 41

3.4 MoS2单层材料热电性能的第一性原理研究 43

第四章 二维材料的制备方法 49

4.1 剥离法制备层状二维材料 50

4.1.1 机械剥离技术 50

4.1.2 液相超声剥离法 52

4.1.3 锂离子插层剥离 53

4.1.4 电化学电池锂化反应 55

4.1.5 机械剥离的机制及实验结果 57

4.2 水热法 60

4.2.1 水热法的基本概念 60

4.2.2 水热法的特点 61

4.2.3 水热反应的基本设备 61

4.2.4 水热法制备二维材料的研究现状 62

4.2.5 水热法合成纳米结构MoS2 63

4.3 固相反应法 70

4.3.1 固相反应法应用于二维材料制备的研究现状 70

4.3.2 利用固相反应法制备二维材料 73

4.4 化学气相沉积法 79

4.4.1 CVD法制备单层二硒化钨（WSe2） 80

4.4.2 CVD法制备单层二硫化钼（MoS2） 82

4.4.3 CVD法制备单层二硫化钨（WS2） 82

4.4.4 CVD法合成单层二硒化钼（MoSe2） 89

4.4.5 CVD法合成二硫化钼（MoS2）纳米带 89

第五章 能带调控 99

5.1 晶格应力对MoS2纳米片光学性质影响的研究 99

5.1.1 研究背景 99

5.1.2 应力对光学性能的影响 101

5.1.3 应力与带隙之间的内在联系 106

5.2 合金化调控带隙方法 110

5.2.1 单层WS2（1-x）Se2x合金 111

5.2.2 单层MoS2（1-x）Se2x及纳米片合金 115

5.2.3 MoS2（1-x）Se2x纳米带 120

5.2.4 合金化小结 121

第六章 电子学器件 127

6.1 场效应管 127

6.2 纳米材料场效应管 128

6.2.1 WSe2场效应管的制备及输运性能测量 129

6.2.2 小结 134

6.3 量子器件 134

6.3.1 在二硫化钼中引入具有磁性的1T相二硫化钼 138

6.3.2 霍尔效应测试的方法 139

6.3.3 电荷密度波导体 140

6.3.4 电荷密度波材料性质 143

6.3.5 二维材料中的电荷密度波材料 144

第七章 基于二硫化钼的光学器件 149

7.1 二硫化钼的负折射效应 149

7.1.1 负折射现象 149

7.1.2 理论计算考虑 151

7.1.3 二硫化钼的光学性质 152

7.1.4 电磁波与二硫化钼材料的相互作用 153

7.1.5 电磁波在体相二硫化相中的传播模拟 155

7.2 二硫化钼可调谐反射式光栅 157

7.2.1 光栅设计 157

7.2.2 二硫化钼反射式光栅的器件加工及测试 159

7.2.3 光栅器件小结 161

第八章 二维材料在能源中的应用 164

8.1 电池应用 164

8.1.1 石墨烯增强MnO纳米线应用于锂离子电池 164

8.1.2 三维互连的TaS3网络用作高性能柔性锂离子电池负极 171

8.2 产氢应用 175

8.2.1 贵金属与MoS2复合结构用于产氢 175

8.2.2 MoS2/NbSe2复合纳米带用于产氢 178

8.2.3 MoS2（1-x） Se2x纳米带用于增强产氢 181

8.2.4 MoS2纳米片与Ti02纳米线复合核-壳结构用于光催化 184

8.3 本章小结 186

第九章 二维过渡金属层状材料气体传感器 190

9.1 引言 190

9.1.1 二维层状材料传感机制 191

9.1.2 气体传感器结构 191

9.2 二维过渡金属层状材料气体传感器 192

9.2.1 MoS2气体传感器 192

9.2.2 MoSe2气体传感器 196

9.2.3 WS2气体传感器 196

9.2.4 SnS2气体传感器 197

9.2.5 黑磷气体传感器 197

9.3 我们的工作 198

9.4 本章小结 203

后记 208