نویسندگان

1 گروه فیزیک، دانشکده علوم، دانشگاه حکیم سبزواری

2 دانشکده فیزیک، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، پژوهشکده علوم و فناوری نانو، دانشگاه صنعتی شریف، تهران

چکیده

استفاده از روش درون نفوذی شیمیایی لیتیوم فرایندی مرسوم برای تولید نانوصفحات کم‌لایه و تک‌لایه (MS2( M=Mo, W) است. در این روش کنترل شرایط و پارامترهای واکنش مشکل بوده، فرایند تهیه نیز بسیار طولانی است. در این مقاله استفاده از روش درون نفوذی الکتروشیمیایی در چیدمان یک باتری لیتیومی برای رفع این نواقص پیشنهاد شده است. در روش پیشنهادی، کنترل فرایند بسیار دقیق بوده و زمان واکنش­ها نیز بسیار کوتاه شده است. نتایج تحلیل‌های میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) و اسپکتروسکوپی رامان به همراه طیف­های جذب اپتیکی به خوبی نشان دادند که با استفاده از چیدمان باتری لیتیومی، نانوصفحات تک لایه­ ای 2MoS و 2WS با فاز کریستالی T 1 تهیه شده‌اند. ضخامت این نانوصفحات حدود 1 نانومتر (تک‌لایه) بوده و ابعاد عرضی آنها برای 2MoS و 2WS  به ترتیب 15 ± 170 و 30 ± 200 نانومتر تعیین شد. با استفاده از قانون بیر- لمبرت و به کمک طیف جذب اپتیکی، غلظت محلول­ های نهایی حاوی نانوصفحات تک لایه ­ای 2MoS و 2WS  به ترتیب mg/mL 012/0 و mg/mL 008/0 تخمین زده شد. تهیه موفقیت آمیز نانوصفحات تک‌لایه‌ای2 MS به کمک روش درون نفوذی الکتروشیمیایی لیتیوم در چیدمان باتری لیتیومی می ­تواند زمینه مناسبی برای مطالعه خواص منحصر به فرد این تک‌لایه‌ها را در زمینه ­های کاتالیستی، اپتوالکترونیک و ... فراهم آورد.
 

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Fabrication of single-layer MS2 (M=Mo, W) nanosheets using Li battery setup

نویسندگان [English]

  • M Zirak 1
  • H Alehdaghi 1
  • A Moshfegh 2

چکیده [English]

Lithium intercalation is a convenient method to prepare few-layer and single-layer MS2 (M=Mo, W) nanosheets. This method is, however, very time-consuming (few days) and it is difficult to control the reaction parameters. To overcome these drawbacks, we have proposed a method to use an Li battery set-up to significantly reduce the reaction time (few hours) and electrochemically intercalate lithium ions into MS2 layers in a controllable manner. Atomic force microscopy (AFM), scanning electron microscopy (SEM) and Raman spectroscopy results revealed that MoS2 and WS2 single-layer (thickness of ~ 1 nm) nanosheets with the 1T phase were prepared after intercalation in an Li battery set-up. Lateral dimensions of MoS2 and WS2 nanosheets were determined to be at about ~ 170 ± 15 and 200 ± 30 nm, respectively. The concentrations of the final solutions containing MoS2 and WS2 nanosheets were measured to be 0.012 and 0.008 mg/mL, respectively. Successful fabrication of the single-layer MS2 nanosheets using the Li battery set-up could provide an excellent opportunity to investigate the unique properties of these two-dimensional crystals for various important applications such as catalysis, solar cells, optoelectronic, etc.

کلیدواژه‌ها [English]

  • electrochemical intercalation
  • Li battery setup
  • single-layer
  • MoS2
  • WS2

1. H Khatami, E Moomivand, B Abdollahipour, and R Mohammadkhani, Iranian J. Phys. Res. 17, 3 (2017) 485. 2. M Samadi, N Sarikhani, M Zirak, Hua Zhang, Hao-Li Zhang, and A Z Moshfegh, Nanoscale Horizon 3, 2 (2018) 90. 3. J N Coleman, et al., Science 331 (6017) (2011) 568. 4. R Aram and R Rasouli, Iranian J. Phys. Res. 16, 1 (2016) 19. 5. R Mohammadi and P Sahebsara, Iran. J. Phys. Res. 12, 4 (2013) 317. 6. F M Pesci, M S Sokolikova, C Grotta, P C Sherrell, F Reale, K Sharda, N Ni, P Palczynski, and C Mattevi, ACS Catalysis 7, 8 (2017) 4990. 7. C Han, Y Zhang, P Gao, S Chen, X Liu, Y Mi, J Zhang, Y Ma, W Jiang, and J Chang, Nano Lett. 17,n 12 (2017) 7767. 8. K F Mak, C Lee, J Hone, J Shan, and T F Heinz, Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 13. 9. G Eda, H Yamaguchi, D Voiry, T Fujita, M Chen, and M Chhowalla, Nano Lett. 11, 12 (2011) 5111. 10. J Yang, D Voiry, S Joon Ahn, D Kang, A Y Kim, M Chhowalla, and H S Shin, Angew. Chem. Int. Ed. 52, 51 (2013) 13751. 11. D Y Chung, S K Park, Y H Chung, S H Yu, D H Lim, N Jung, H C Ham, H Y Park, Y Piao, S J Yoo, and Y E Sung, Nanoscale 6, 4 (2014) 2131. 12. L Cheng, W Huang, Q Gong, C Liu, Z Liu, Y Li, and H Dai, Angew. Chem., Int. Ed. 53, 30 (2014) 7860. 13. H Wang, Z Lu, D Kong, J Sun, T M Hymel, and Y Cui, ACS Nano 8, 5 (2014) 4940. 14. K‐G Zhou and H‐L Zhang, Small 11, 27 (2015) 3206. 16. D Voiry, M Salehi, R Silva, T Fujita, M Chen, T Asefa, V B Shenoy, G Eda, and M Chhowalla, Nano Lett. 13, 12 (2013) 6222. 17. X Sun, J Dai, Y Guo, C Wu, F Hu, J Zhao, X Zeng, and Y Xie, Nanoscale 6, 14 (2014) 8359. 18. A N Enyashin, L Y L Houben, I Popov, M Weidenbach, R Tenne, M Bar-Sadan, and G Seifert, J. Phys. Chem. C 115, 50 (2011) 24586. 19. M A L., A S Daniel, C R English, F Meng, A Forticaux, R J Hamers, and S Jin, Energy Environ. Sci. 7, 8 (2014) 2608. 20. Y Zhan, Z Liu, S Najmaei, P M Ajayan, and J Lou, Small 8, 7 (2012) 966. 21. Z Yin, H Li, H Li, L Jiang, Y Shi, Y Sun, G Lu, Q Zhang, X Chen, and H Zhang, ACS Nano 6, 1 (2012) 74. 22. P Joensen, R F Frindt, and S R Morrison, Mate. Res. Bull. 21, 4 (1986) 457. 23. L Wang, Z Xu, W Wang, and X Bai, J. Am. Chem. Soc. 136, 18 (2014) 6693. 24. D W Murphy, F J Di Salvo, G W Hull, and J V Waszczak, Inorg. Chem. 15, 1 (1976) 17. 25. J Wan, S D Lacey, J Dai, W Bao, M S Fuhrer, and L Hu, Chem. Soc. Rev. 45, 24 (2016) 6742. 26. B Z Lin, C Ding, B H Xu, Z J Chen, and Y L Chen, Mater. Res. Bull. 44, 4 (2009) 719. 27. P Joensen, E Crozier, N Alberding, and R F Frindt, J. Phys. C: Solid State Phys. 20, 26 (1987) 4043. 28. Z Zeng, Z Yin, X Huang, H Li, Q He, G Lu, F Boey, and H Zhang, Angew. Chem., Int. Ed. 50, 47 (2011) 1093. 29. E Benavente, M A Santa Ana, F Mendizabal, and G Gonzalez, Coord. Chem. Rev. 224, 1-2 (2002) 87. 30. W Zhao, Z Ghorannevis, L Chu, M Toh, C Kloc, P-H Tan, and G Eda, ACS Nano 7, 1 (2013) 791. 31. L F Mattheiss, Phys. Rev. B 8, 8 (1973) 3719. 32. L A King, W Zhao, M Chhowalla, D J Riley, and G Eda, J. Mater. Chem. A 1, 31 (2013) 8935. 33. G Eda, H Yamaguchi, D Voiry, T Fujita, M Chen, and M Chhowalla, Nano Lett. 11, 12 (2011) 5111. 34. H Li, Q Zhang, C Chong, R Yap, B K Tay, T H T Edwin, A Olivier, and D Baillargeat, Adv. Func. Mater. 22, 7 (2012) 1385. 35. D Voiry, H Yamaguchi, J Li, Ra. Silva, D CB Alves, T Fujita, M Chen, T Asefa, V B Shenoy, and G Eda, Nat. Mater. 12, 9 (2013) 850. 36. A Berkdemir, H R Gutierrez, A R Botello-Mendez, N Perea-Lopez, A Laura Elias, C-I Chia, B Wang, V H Crespi, F Lopez-Urias, J-C Charlier, H Terrones, and M Terrones, Sci. Rep. 3 (2013) 1755. 37. K M McCreary, A T Hanbicki, G G Jernigan, J C Culbertson, and B T Jonker, Sci. Rep. 6 (2016) 19159. 38. C Lee, H Yan, L E Brus, T F Heinz, J Hone, and S Ryu, ACS Nano 4, 5 (2010) 2695. 39. H Li, Q. Zhang, C C R Yap, B K Tay, T H T Edwin, A Olivier, and D Baillargeat, Adv. Funct. Mater. 22, 7 (2012) 1385. 40. K Gołasa, M Grzeszczyk, R Bozek, P Leszczyński, A Wysmołek, M Potemski, and A Babiński, Solid State Commun 197 (2014) 53.

تحت نظارت وف بومی