Диселенид вольфрама - Tungsten diselenide

Диселенид вольфрама
СТМ WSe2 на HOPG.jpg
WSe2 монослой на графене (желтый) и его атомное изображение (вставка)[1]
Молибденит-3D-шары.png
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ECHA InfoCard100.031.877 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 235-078-7
Характеристики
WSe2
Молярная масса341,76 г / моль
Внешностьот серого до черного твердого
Запахбез запаха
Плотность9,32 г / см3[2]
Температура плавления> 1200 ° С
нерастворимый
Ширина запрещенной зоны~ 1 эВ (непрямое, объемное)[3]
~ 1,7 эВ (прямой, монослой)[4]
Структура
hP6, космическая группа P6
3/ ММК, № 194[2]
а = 0,3297 нм, c = 1,2982 нм
Тригонально-призматический (ВтIV)
Пирамидальный (Se2−)
Термохимия
-185,3 кДж моль−1[5]
Опасности
Главный опасностиВнешний паспорт безопасности материалов
Если не указано иное, данные для материалов приводятся в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
Ссылки на инфобоксы

Диселенид вольфрама является неорганическое соединение с формулой WSe2.[6] Соединение имеет гексагональную кристаллическую структуру, аналогичную дисульфид молибдена. Каждый вольфрам атом ковалентно связан с шестью селен лиганды в тригональной призматической координационной сфере, в то время как каждый селен связан с тремя атомами вольфрама в пирамидальной геометрии. Связь вольфрам – селен имеет длину 0,2526 нм, а расстояние между атомами селена составляет 0,334 нм.[7] Слои складываются вместе через Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия. WSe2 очень стабильный полупроводник в дихалькогенидах переходных металлов VI группы.

Структура и свойства

Шестиугольник (P63/ mmc) полиморф 2H-WSe2 изотипен с гексагональной MoS2. В структуре двумерной решетки W и Se расположены периодически слоями с гексагональной симметрией. Похожий на графит, Ван-дер-Ваальсовы взаимодействия удерживают слои вместе, однако 2D-слои в WSe2 не атомарно тонкие. Большой размер катиона W делает структуру решетки WSe2 более чувствителен к изменениям, чем MoS2.[8]

Помимо типичной полупроводниковой гексагональной структуры, WSe2 существует в другом полиморфе, металлической октаэдрической координационной фазе 1T-WSe2 на основе тетрагональной симметрии с одним WSe2 слой на повторяющийся блок. 1T-WSe2 фаза менее устойчива и переходит в 2H-WSe2 фаза.[8][9] WSe2 может сформировать фуллерен -подобная структура.

Синтез

Нагрев тонких пленок вольфрама под давлением из газообразного селена и высоких температур (> 800 К) с использованием напыление Методика приводит к кристаллизации пленок в гексагональные структуры с правильным стехиометрическим соотношением.[10]

W + 2 Se → WSe2

Возможные приложения

Атомарный образ WSe2 монослой с гексагональной симметрией и тройными дефектами. Масштабная линейка: 2 нм (0,5 нм на вставке).[11]

Переходный металл дихалькогениды полупроводники с потенциальным применением в солнечные батареи и фотоника.[12] Масса WSe
2 имеет оптическую ширину запрещенной зоны ~ 1,35 эВ с температурной зависимостью -4,6×10−4 эВ / К.[13] WSe
2 фотоэлектроды стабильны как в кислых, так и в основных условиях, что делает их потенциально полезными в электрохимические солнечные элементы.[14][15][16]

Свойства WSe
2 монослои отличаются от монослоев объемного состояния, что характерно для полупроводников. Механически отслаивающийся монослои WSe
2 прозрачны фотоэлектрические материалы с Свойства светодиодов.[17] Полученные солнечные элементы пропускают 95 процентов падающего света, а одна десятая из оставшихся пяти процентов преобразуется в электрическую энергию.[18][19] Материал можно изменить с p-типа на n-тип, изменив напряжение соседнего металлического электрода с положительного на отрицательное, что позволяет устройствам, изготовленным из него, иметь настраиваемую запрещенную зону. В результате это может позволить изготавливать светодиоды любого цвета из одного материала.[20]

Рекомендации

  1. ^ Чиу, Мин-Хуэй; Чжан, Чендун; Шиу, Хун-Вэй; Чуу, Чжи-Бяо; Чен, Чанг-Сяо; Chang, Chih-Yuan S .; Чен, Цзя-Хао; Чжоу, Мэй-Инь; Ши, Чи-Канг; Ли, Лайн-Джонг (2015). «Определение выравнивания полос в однослойном MoS2/ WSe2 гетеропереход ". Nature Communications. 6: 7666. arXiv:1406.5137. Bibcode:2015 НатКо ... 6.7666C. Дои:10.1038 / ncomms8666. ЧВК  4518320. PMID  26179885.
  2. ^ а б Agarwal, M. K .; Вани, П. А. (1979). «Условия выращивания и параметры кристаллической структуры слоистых соединений серии Mo1-хWИксSe2". Бюллетень материаловедения. 14 (6): 825–830. Дои:10.1016/0025-5408(79)90144-2.
  3. ^ Пракаш, Абхиджит; Аппенцеллер, Йорг (28 февраля 2017 г.). «Извлечение запрещенной зоны и анализ устройств из ионно-жидкостных закрытых WSe2-барьерных транзисторов Шоттки». САУ Нано. 11 (2): 1626–1632. Дои:10.1021 / acsnano.6b07360. ISSN  1936-0851. PMID  28191930.
  4. ^ Юн, Вон Сок; Han, S.W .; Хонг, Сун Чхоль; Ким, Ин Джи; Ли, Дж. Д. (2012). «Влияние толщины и деформации на электронные структуры дихалькогенидов переходных металлов: 2H-MX2 полупроводники (M = Мо, Вт; Икс = S, Se, Te) ". Физический обзор B. 85 (3): 033305. Bibcode:2012PhRvB..85c3305Y. Дои:10.1103 / PhysRevB.85.033305.
  5. ^ О'Хара, П.А.Г .; Льюис, Бретт М .; Паркинсон, Б.А. (Июнь 1988 г.). «Стандартная молярная энтальпия образования фтор-калориметрии диселенида вольфрама (WSe2). Термодинамика высокотемпературного испарения WSe2. Пересмотренное значение стандартной молярной энтальпии образования молибденита (MoS2)». Журнал химической термодинамики. 20 (6): 681–691. Дои:10.1016/0021-9614(88)90019-5.
  6. ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия, переведенный Иглсоном, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего / Берлин: Academic Press / De Gruyter, ISBN  0-12-352651-5
  7. ^ Schutte, W.J .; De Boer, J.L .; Еллинек, Ф. (1986). «Кристаллические структуры дисульфида и диселенида вольфрама». Журнал химии твердого тела. 70 (2): 207–209. Bibcode:1987JSSCh..70..207S. Дои:10.1016/0022-4596(87)90057-0.
  8. ^ а б Эфтехари, Али (2017). «Дихалькогениды вольфрама (WS 2, WSe 2 и WTe 2): химия материалов и применение». Журнал химии материалов A. 5 (35): 18299–18325. Дои:10.1039 / C7TA04268J. ISSN  2050-7488.
  9. ^ Ма, Юйцян; Лю, Билу; Чжан, Аньи; Чен, Лян; Фатхи, Мохаммад; Шэнь, Чэньфэй; Аббас, Ахмад Н .; Ге, Минъюань; Мекленбург, Мэтью; Чжоу, Чунву (2015-07-28). «Обратимый фазовый переход полупроводника в металл в монослое WSe 2, выращенном методом химического осаждения из паровой фазы, и его применение в устройствах». САУ Нано. 9 (7): 7383–7391. Дои:10.1021 / acsnano.5b02399. ISSN  1936-0851. PMID  26125321.
  10. ^ Pouzet, J .; Bernede, J.C .; Хеллил, А .; Essaidi, H .; Бенхида, С. (1992). «Получение и определение характеристик тонких пленок диселенида вольфрама». Тонкие твердые пленки. 208 (2): 252–259. Bibcode:1992TSF ... 208..252P. Дои:10.1016 / 0040-6090 (92) 90652-П.
  11. ^ Lin, Y.C .; Björkman, T. R .; Комса, Х.П .; Teng, P. Y .; Yeh, C.H .; Huang, F. S .; Lin, K. H .; Jadczak, J .; Huang, Y. S .; Chiu, P.W .; Крашенинников, А. В .; Суэнага, К. (2015). «Трехкратные вращательные дефекты в двумерных дихалькогенидах переходных металлов». Nature Communications. 6: 6736. Bibcode:2015НатКо ... 6.6736л. Дои:10.1038 / ncomms7736. ЧВК  4396367. PMID  25832503.
  12. ^ Мак, Кин Фай; Шан, Цзе (2016). «Фотоника и оптоэлектроника двумерных полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов». Природа Фотоника. 10 (4): 216–226. Bibcode:2016НаФо..10..216M. Дои:10.1038 / nphoton.2015.282.
  13. ^ Упадхьяюла, L.C .; Loferski, J.J .; Wold, A .; Giriat, W .; Кершоу, Р. (1968). «Полупроводниковые свойства монокристаллов диселенида вольфрама n- и p-типа (WSe2)". Журнал прикладной физики. 39 (10): 353–358. Bibcode:1968JAP .... 39.4736U. Дои:10.1063/1.1655829.
  14. ^ Gobrecht, J .; Gerischer, H .; Трибуч, Х. (1978). "Электрохимический солнечный элемент на основе полупроводника вольфрама-диселенида d-диапазона". Berichte der Bunsengesellschaft für Physikalische Chemie. 82 (12): 1331–1335. Дои:10.1002 / bbpc.19780821212.
  15. ^ Ся, фэнниан; Ван, Хан; Сяо, Ди; Дубей, Мадан; Рамасубраманиам, Ашвин (2014). «Двумерная материальная нанофотоника». Природа Фотоника. 8 (12): 899–907. arXiv:1410.3882. Bibcode:2014НаФо ... 8..899X. Дои:10.1038 / nphoton.2014.271.
  16. ^ Чжан, Синь; Цяо, Сяо-Фэнь; Ши, Вэй; У, Цзян-Бинь; Цзян, Де-Шэн; Тан, Пинг-Хэн (2015). «Фононное и комбинационное рассеяние двумерных дихалькогенидов переходных металлов от монослоя, многослойного материала к массивному». Chem. Soc. Rev. 44 (9): 2757–85. arXiv:1502.00701. Bibcode:2015arXiv150200701Z. Дои:10.1039 / C4CS00282B. PMID  25679474.
  17. ^ Ли, Хай; Ву, Джумиати; Инь, Цзунъю; Чжан, Хуа (2014). «Подготовка и применение механически расслоенных однослойных и многослойных нанолистов MoS2 и WSe2». Отчеты о химических исследованиях. 47 (4): 1067–1075. Дои:10.1021 / ar4002312. PMID  24697842.
  18. ^ «Диселенид вольфрама демонстрирует потенциал для создания ультратонких, гибких, полупрозрачных солнечных элементов». Gizmag.com. 11 марта 2014 г.. Получено 17 августа 2014.
  19. ^ Флориан Айгенр (10 марта 2014 г.). «Атомарно тонкие солнечные элементы» (Пресс-релиз). Венский технологический университет. Получено 18 августа 2014.
  20. ^ «Из материала толщиной в одну молекулу можно получить ультратонкие гибкие солнечные элементы и светодиоды». Информационный бюллетень Kurzweil Accelerating Intelligence. 11 марта 2014 г.