基于原子层沉积的二硫化钼量子点结构高效可控制造及性能研究

MoS2 quantum dots (QDs) have important values in display, biomedical detection, catalysis, sensors, etc. This project will employ atomic layer deposition (ALD), an additive manufacturing technology with the atomic-level accuracy, to fabricate MoS2 quantum dots efficiently and controllably on the surface of complex carbon fibers (CFs), then the properties of obtained MoS2 QDs will be surveyed. In the project: (1) the effects of ALD process-parameter, including the precursor, depositing temperature and pulse width, on the size and density of MoS2 QDs will be studied firstly; (2) then, the effects of CFs surface-functional-group and surface-energy on the distribution and posture of MoS2 QDs will be studied in detail; (3) in order to improve the performance and stability of MoS2 QDs, the optical, electrochemical properties and adsorption stability of the obtained MoS2 QDs will be also studied. The project is aimed at the important needs of the advanced manufacturing in our country and the frontier of international quantum science. The technical advantages of ALD are made full use of to study the advanced manufacturing method of QDs. The related studies, involving the interdisciplinary integration of mechanology, physics, and chemistry, are of great significance to promoting the rapid development of the related fields in our country.

MoS2量子点结构在显示、生医检测、传感器等领域具有重要的应用价值。本项目拟采用原子层沉积（ALD）这种原子级精度的增材制造技术，在复杂的碳纤维结构表面，高效、可控制造MoS2量子点结构，并对其性能进行研究，主要研究内容有：（1）通过对ALD前驱体源、沉积温度和脉冲宽度等工艺参数的细致研究，得到它们对MoS2量子点尺寸、密度的调控规律；（2）通过对碳纤维表面官能团和表面能的深入研究，得到它们对MoS2量子点分布和姿态的调控规律；（3）通过对所制MoS2量子点的光学、电化学和吸附稳定性等性能进行研究，得到高性能、高稳定性的MoS2量子点结构。本项目面向国家先进制造的重大需求，瞄准国际量子科学研究前沿，充分利用ALD的技术优势，研究先进的量子点结构制造方法，相关研究涉及机械、物理、化学等多学科交叉融合，对推进我国相关领域的快速发展具有重要意义。

MoS2量子点结构在显示、生医检测、传感器等领域具有重要的应用价值。本项目采用原子层沉积（ALD）这种原子级精度的增材制造技术，高效、可控制造MoS2量子点结构，并对其性能进行研究，主要研究内容及结果有：. （1）对关键工艺参数进行研究，发现当采用MoCl5和H2S作为源时，最佳脉冲时间为0.5s、30s、0.5s、30s；ALD温度窗口为430-470 °C，在窗口内，薄膜具有较高结晶度，在460 °C时，硅基底和氧化铝基底上的薄膜制造率分别是3.8 Å和4.3 Å，100个循环的MoS2晶粒尺寸为~100 nm。在此基础之上，直接沉积制造尺寸8-10纳米的MoS2 QDs，其中，最佳沉积生长温度是450 °С，最佳载气流量：钼源50 sccm，硫源100 sccm，最佳脉冲宽度：0.1s，10s，0.2s，20s，在初始阶段，MoS2 QDs 尺寸随着循环次数增大，尺寸明显增大。. （2）制得的NiSe2/MoS2异质结结构具有优异的电解水催化性能，其中HER过电位η10低至143 mV，塔费尔斜率低至45 mV dec−1，OER过电位η10低至 267 mV，塔费尔斜率低至85 mV dec−1，其在氢气新能源领域具有重要应用价值。. （3）MoS2及其同族材料，由于生物亲和性、化学稳定性和大比表面积等性能，在生物分子传感检测领域具有潜在应用价值。针对传统生物传感电极的材料和结构缺陷，采用原子层沉积工艺方法，在具有大比表面积的碳纤维纸上，沉积了Tas2纳米片，制备了高性能的电化学生物传感电极，然后基于该传感电极对癌症疾病的生物标志物核仁素蛋白（NCL）进行检测，检测极限是0.034 pM。. 本项目面向国家先进制造的重大需求，瞄准国际量子科学研究前沿，充分利用ALD的技术优势，研究先进的量子点结构制造方法，相关研究涉及机械、物理、化学等多学科交叉融合，对推进我国相关领域的快速发展具有重要意义。