Диселенид вольфрама
 Монослой WSe 2 на графене (желтый) и изображение его атома (вставка) [1] | |
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D model ( JSmol ) | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.877 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| ВСе 2 | |
| Молярная масса | 341.76 g/mol |
| Появление | от серого до черного твердого вещества |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 9,32 г/см 3 [2] |
| Температура плавления | > 1200 °С |
| нерастворимый | |
| Запрещенная зона | ~1 эВ (косвенный, объемный) [3] ~1,7 эВ (прямой, монослой) [4] |
| Структура | |
| hP6 , пространственная группа P6 3 /ММК, № 194 [2] | |
а = 0,3297 нм, с = 1,2982 нм | |
| Тригонально-призматический (W IV ) Пирамидальный (Se 2− ) | |
| Термохимия | |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | -185,3 кДж моль −1 [5] |
| Опасности | |
| Безопасность и гигиена труда (OHS/OSH): | |
Основные опасности | Внешний паспорт безопасности материалов |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | Диселенид тантала |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Диселенид вольфрама — неорганическое соединение формулы WSe 2 . [6] Соединение имеет гексагональную кристаллическую структуру, аналогичную дисульфиду молибдена . Атомы вольфрама ковалентно связаны с шестью лигандами селена в тригонально-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] Это хорошо изученный пример слоистого материала . Слои складываются вместе посредством взаимодействий Ван-дер-Ваальса . WSe 2 является очень стабильным полупроводником в дихалькогенидах переходных металлов VI группы .
Структура и свойства
[ редактировать ]Гексагональная (P6 3 /mmc) полиморфная модификация 2H-WSe 2 изотипна гексагональному MoS 2 . В двумерной решетчатой структуре W и Se периодически располагаются слоями с гексагональной симметрией. Подобно графиту , взаимодействия Ван-дер-Ваальса удерживают слои вместе; однако 2D-слои в WSe 2 не являются атомарно тонкими. Большой размер катиона W делает структуру решетки WSe 2 более чувствительной к изменениям, чем MoS 2 . [8]
В дополнение к типичной полупроводниковой гексагональной структуре существует вторая металлическая полиморфная модификация WSe 2 . Эта фазема 1T-WSe 2 основана на тетрагональной симметрии с одним WSe 2 слоем на повторяющуюся единицу. Фаза 1T-WSe 2 менее стабильна и переходит в фазу 2H-WSe 2 . [8] [9] WSe 2 может образовывать фуллереноподобную структуру.
Модуль Юнга сильно варьируется в зависимости от количества слоев в чешуйке. Для одного монослоя заявленный модуль Юнга составляет 258,6 ± 38,3 ГПа. [10]
Синтез
[ редактировать ]Нагрев тонких пленок вольфрама под давлением газообразного селена и высоких температур (>800 К) методом напыления приводит к кристаллизации пленок в гексагональные структуры с правильным стехиометрическим соотношением. [11]
- W + 2 Se → WSe 2
Возможные применения
[ редактировать ]
потенциальные применения дихалькогенидов переходных металлов в солнечных элементах и фотонике. Часто обсуждаются [13] Bulk WSe
2 имеет оптическую запрещенную зону ~1,35 эВ с температурной зависимостью −4,6 × 10 −4 эВ/К. [14] WSe
2 фотоэлектрода стабильны как в кислой, так и в основной среде, что делает их потенциально полезными в электрохимических солнечных элементах . [15] [16] [17]
Свойства WSe
2 монослоя отличаются от монослоев объемного состояния, что типично для полупроводников. Механически расслаенные монослои WSe
2 — прозрачные фотоэлектрические материалы со свойствами светодиодов . [18] Полученные солнечные элементы пропускают 95 процентов падающего света, а одна десятая часть оставшихся пяти процентов преобразуется в электроэнергию. [19] [20] 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 ширину запрещенной зоны. [21]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]
- ^ Чиу, Мин-Хуэй; Чжан, Чэндун; Шиу, Хун-Вэй; Чуу, Чи-Бяо; Чен, Чан-Сяо; Чанг, Чи-Юань С.; Чен, Цзя-Хао; Чжоу, Мэй-Инь ; Ши, Чи-Кан; Ли, Лэйн-Джонг (2015). «Определение ориентации зон в однослойном гетеропереходе MoS 2 /WSe 2 » . Природные коммуникации . 6 : 7666. arXiv : 1406.5137 . Бибкод : 2015NatCo...6.7666C . дои : 10.1038/ncomms8666 . ПМЦ 4518320 . ПМИД 26179885 .
- ^ Jump up to: а б Агарвал, МК; Вани, Пенсильвания (1979). «Условия роста и параметры кристаллической структуры слоистых соединений ряда Mo 1−x W x Se 2 ». Бюллетень исследования материалов . 14 (6): 825–830. дои : 10.1016/0025-5408(79)90144-2 .
- ^ Пракаш, Абхиджит; Аппенцеллер, Йорг (28 февраля 2017 г.). «Извлечение запрещенной зоны и анализ устройства транзисторов с барьером Шоттки WSe2 с ионно-жидкостным затвором». АСУ Нано . 11 (2): 1626–1632. дои : 10.1021/acsnano.6b07360 . ISSN 1936-0851 . ПМИД 28191930 .
- ^ Юн, Вон Сок; Хан, Юго-Запад; Хон, Сун Чхоль; Ким, Ин Джи; Ли, доктор юридических наук (2012). «Влияние толщины и деформации на электронные структуры дихалькогенидов переходных металлов: 2H- MX 2 полупроводники ( M = Mo, W; X = S, Se, Te)». Физический обзор B . 85 (3): 033305. Бибкод : 2012PhRvB..85c3305Y . дои : 10.1103/PhysRevB.85.033305 .
- ^ О'Хара, PAG; Льюис, Бретт М.; Паркинсон, бакалавр наук (июнь 1988 г.). «Стандартная молярная энтальпия образования диселенида вольфрама (WSe2) методом фторной калориметрии горения. 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 .
- ^ Холлеман, Арнольд Фредерик; Виберг, Эгон (2001), Виберг, Нильс (ред.), Неорганическая химия , перевод Иглсона, Мэри; Брюэр, Уильям, Сан-Диего/Берлин: Academic Press/De Gruyter, ISBN 0-12-352651-5
- ^ Шютте, В.Дж.; Де Бур, JL; Еллинек, Ф. (1986). «Кристаллические структуры дисульфида и диселенида вольфрама». Журнал химии твердого тела . 70 (2): 207–209. Бибкод : 1987JSSCh..70..207S . дои : 10.1016/0022-4596(87)90057-0 .
- ^ Jump up to: а б Эфтехари, Али (2017). «Дихалькогениды вольфрама (WS 2 , WSe 2 и WTe 2 ): химия материалов и применение» . Журнал химии материалов А. 5 (35): 18299–18325. дои : 10.1039/C7TA04268J . ISSN 2050-7488 .
- ^ Ма, Юцян; Лю, Билу; Чжан, Аньи; Чен, Лян; Фатхи, Мохаммед; Шен, Чэнфэй; Аббас, Ахмад Н.; Ге, Минъюань; Мекленбург, Мэтью; Чжоу, Чунву (28 июля 2015 г.). «Обратимый фазовый переход полупроводник-металл при химическом осаждении монослоя WSe 2, выращенного из паровой фазы, и применение для устройств». АСУ Нано . 9 (7): 7383–7391. дои : 10.1021/acsnano.5b02399 . ISSN 1936-0851 . ПМИД 26125321 .
- ^ Фалин, Алексей; Холвилл, Мэтью; Льв, Хайфэн; Ган, Вэй; Ченг, Цзюнь; Чжан, Руй; Цянь, Донг; Барнетт, Мэтью Р.; Сантос, Элтон Дж. Дж.; Новоселов Константин С.; Тао, Тао; Ву, Сяоцзюнь; Ли, Лу Хуа (23 февраля 2021 г.). «Механические свойства атомно тонких дихалькогенидов вольфрама: WS 2 , WSe 2 и WTe 2». АСУ Нано . 15 (2): 26:00–26:10. arXiv : 2101.11869 . doi : 10.1021/acsnano.0c07430 . ПМИД 33503379 . S2CID 231719536 .
- ^ Пузе, Ж.; Бернеде, Дж. К.; Хеллил, А.; Эссаиди, Х.; Бенхида, С. (1992). «Получение и определение характеристик тонких пленок диселенида вольфрама». Тонкие твердые пленки . 208 (2): 252–259. Бибкод : 1992TSF...208..252P . дои : 10.1016/0040-6090(92)90652-R .
- ^ Лин, Ю.К.; Бьоркман, ТР; Комса, ХП; Тенг, ПЮ; Да, CH; Хуанг, ФС; Лин, К.Х.; Ядчак, Дж.; Хуанг, Ю.С.; Чиу, ПВ; Крашенинников А.В.; Суэнага, К. (2015). «Трехкратные вращательные дефекты в двумерных дихалькогенидах переходных металлов» . Природные коммуникации . 6 : 6736. Бибкод : 2015NatCo...6.6736L . дои : 10.1038/ncomms7736 . ПМЦ 4396367 . ПМИД 25832503 .
- ^ Мак, Кин Фай; Шан, Цзе (2016). «Фотоника и оптоэлектроника двумерных полупроводниковых дихалькогенидов переходных металлов». Природная фотоника . 10 (4): 216–226. Бибкод : 2016NaPho..10..216M . дои : 10.1038/nphoton.2015.282 . S2CID 124091327 .
- ^ Упадьяюла, LC; Лоферски, Джей Джей; Уолд, А.; Гириат, В.; Кершоу, Р. (1968). «Полупроводниковые свойства монокристаллов диселенида вольфрама n- и p-типа (WSe 2 )». Журнал прикладной физики . 39 (10): 353–358. Бибкод : 1968JAP....39.4736U . дои : 10.1063/1.1655829 .
- ^ Гобрехт, Дж.; Геришер, Х.; Трибуч, Х. (1978). «Электрохимический солнечный элемент на основе полупроводника вольфрама-диселенида d-диапазона». Доклады Бунзеновского общества физической химии . 82 (12): 1331–1335. дои : 10.1002/bbpc.19780821212 .
- ^ Ся, Фэннянь; Ван, Хан; Сяо, Ди; Дубей, Мадан; Рамасубраманиам, Ашвин (2014). «Двумерная материальная нанофотоника». Природная фотоника . 8 (12): 899–907. arXiv : 1410.3882 . Бибкод : 2014NaPho...8..899X . дои : 10.1038/nphoton.2014.271 . S2CID 14682447 .
- ^ Чжан, Синь; Цяо, Сяо-Фэнь; Ши, Вэй; Ву, Цзян-Бин; Цзян, Дэ-Шэн; Тан, Пин-Хенг (2015). «Фононное и комбинационное рассеяние двумерных дихалькогенидов переходных металлов от монослоя, многослоя до объемного материала». хим. Соц. Преподобный . 44 (9): 2757–85. arXiv : 1502.00701 . Бибкод : 2015arXiv150200701Z . дои : 10.1039/C4CS00282B . ПМИД 25679474 . S2CID 3215062 .
- ^ Ли, Хай; Ву, Джумиати; Инь, Цзунъю; Чжан, Хуа (2014). «Получение и применение механически расслоенных однослойных и многослойных нанолистов MoS2 и WSe2». Отчеты о химических исследованиях . 47 (4): 1067–1075. дои : 10.1021/ar4002312 . ПМИД 24697842 .
- ^ «Диселенид вольфрама демонстрирует потенциал для создания ультратонких, гибких, полупрозрачных солнечных элементов» . Gizmag.com. 11 марта 2014 года . Проверено 17 августа 2014 г.
- ^ Флориан Айгенр (10 марта 2014 г.). «Атомно тонкие солнечные элементы» (Пресс-релиз). Венский технологический университет . Проверено 18 августа 2014 г.
- ^ Ли, Сун-Джун, Хуан, Цзинь; Чой, Чен, Пэн; Цзя, Чуаньчэн; Ван, Цинлян, Имран; на основе обратимого твердотельного легирования двумерных полупроводников суперионным йодидом серебра». Программируемые устройства Дуань, Сянфэн (2020). « Данн, Брюс; Хуан, Ю ; 637. дои : 10.1038/s41928-020-00472- x S2CID 224896469 .