硒化钨的制备及应用研究

背景及概述

硒化钨（WSe₂），CAS号12067-46-8，分子式WSe₂，分子量341.76，是一种典型的过渡金属硫族化合物（TMDs），为重要的二维层状半导体材料，兼具独特光电、润滑与热学特性，在微电子、光电子与能源领域应用广泛。

基本理化性质

硒化钨为黑色或灰黑色固体粉末、晶体，密度约9.32g/cm³，具六方晶系层状结构。每层内钨原子与六个硒原子以共价键形成三棱镜配位，层间靠微弱范德华力结合。属p型半导体，带隙约1.6–2.0eV（体相为间接带隙，单层为直接带隙），电子迁移率高、光吸收系数大。热导率极低（仅为钻石的约十万分之一），化学稳定性强，耐酸碱、抗氧化，高温下性能稳定。微溶于水，易溶于稀硝酸、过氧化氢体系，可剥离为单层或少层二维纳米片。

图1 硒化钨的性状图

合成制备

高温固相法：钨粉与硒粉按化学计量比混合，在800–1000℃惰性气氛下直接化合，适合批量制备硒化钨粉体。

化学气相沉积（CVD）：以六羰基钨、硒化氢为前驱体，在基底上沉积生长高质量硒化钨薄膜或单晶，用于微电子器件[1]。

水热/溶剂热法：钨源、硒源在高温高压水溶液中反应，制备硒化钨纳米晶或少层材料，条件温和、产物粒径可控。

机械剥离法：从体相晶体剥离出单层/少层纳米片，用于基础物性与器件研究。

核心应用

单层硒化钨为直接带隙半导体，用于高效光电探测器、发光二极管（LED）、太阳能电池，实现近红外光响应与光电转换。作为二维沟道材料，制备场效应晶体管（FET），具高开关比、低功耗，适配下一代柔性、微型化芯片。硒化钨层状结构易滑移，摩擦系数低，用作高温、真空、高压环境的固体润滑剂、润滑涂层，优于传统二硫化钼。用于锂离子/钠离子电池负极材料，层间可嵌入金属离子，提升容量与循环稳定性。硒化钨作为电催化剂，用于析氢反应[1]；也用于构建气体传感器、生物传感器，响应灵敏、选择性强。

参考文献

[1]高慧敏.二硒化钨基催化剂的制备及其电化学析氢性能的研究.[D]天津工业大学.2025-04-29.