Incorporation of oxygen atoms as a mechanism for photoluminescence enhancement of chemically treated MoS2

光致发光 机制(生物学) 氧气 氧原子 材料科学 光化学 化学 化学物理 纳米技术 化学工程 光电子学 分子 物理 有机化学 工程类 量子力学
作者
Christian Schwermann,Torsten Stiehm,Philipp Tonndorf,Robert Schneider,Robert Schmidt,Johannes Kern,Steffen Michaelis de Vasconcellos,Rudolf Bratschitsch,Nikos L. Doltsinis
出处
期刊:Physical Chemistry Chemical Physics [Royal Society of Chemistry]
卷期号:20 (25): 16918-16923 被引量:18
标识
DOI:10.1039/c8cp03052a
摘要

Chemical treatments to enhance photoluminescence (PL) in MoS2 have been explored extensively by experimental means in recent years. However, satisfactory theoretical explanations of the underlying mechanisms remain elusive. In this work, the surface reactions of the superacid bis(trifluoromethane)-sulfonimide (TFSI), hydrogen peroxide (H2O2), molecular oxygen (O2), and sulfuric acid (H2SO4) on a defective MoS2 monolayer have been studied using first principles calculations. An oxygen transfer reaction into a sulfur vacancy with a low activation barrier and thus significant reaction rates already at room temperature has been found. Band structure unfolding techniques show that the incorporation of oxygen atoms into sulfur vacancies restores the band structure of pristine MoS2, which is predicted to have a high PL quantum yield. PL spectroscopy is used to examine the effect of chemical treatment on PL intensity. Our experimental findings support our theoretical predictions, as PL in MoS2 is enhanced by up to a factor 20 after treatment with H2O2 or H2SO4, while the spectral shape is only slightly altered.

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