Nghiên cứu chế tạo và biến tính vật liệu MoS2 bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng trong cảm biến khí

Nghiên cứu chế tạo và biến tính vật liệu MoS2 bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng trong cảm biến khí Nghiên cứu chế tạo và biến tính vật liệu MoS2 bằng phương pháp thủy nhiệt ứng dụng trong cảm biến khí luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Thị Hồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ BIẾN TÍNH VẬT LIỆU MoS2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN KHÍ Chuyên ngành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Khoa học Kỹ thuật vật liệu Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Thị Hồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ BIẾN TÍNH VẬT LIỆU MoS2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN KHÍ Chuyên ngành: Khoa học Kỹ thuật vật liệu LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Khoa học Kỹ thuật vật liệu NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS CHỬ MẠNH HƯNG Hà Nội – 2019 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .3 DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIỂU .8 MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 13 1.1 Kim loại chuyển tiếp Dichalogenides 13 1.2 Molybdenum disulfide (MoS2) .14 1.3 Các phương pháp tổng hợp biến tính MoS2 16 1.3.1 Phương pháp tổng hợp nano MoS2 .16 1.3.2 Phương pháp biến tính MoS2 18 1.4 Cảm biến khí sở MoS2 .18 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM .21 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị thực nghiệm .21 2.2 Quy trình tổng hợp vật liệu nano MoS2 phương pháp thủy nhiệt 22 2.2 Quy trình biến tính hạt nano Pt lên bề mặt cấu trúc nano MoS2 phương pháp khử trực tiếp 24 2.3 Quy trình chế tạo cảm biến 25 2.3 Các phương pháp khảo sát phân tích vật liệu .26 2.3.1 Phổ tán xạ Raman 26 2.3.2 Hiển vi điện tử quét 27 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 2.3.3 Hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao .27 2.3.4 Nhiễu xạ tia X 28 2.3.5 Tán sắc lượng tia X .28 2.3.6 Phép đo diện tích bề mặt riêng BET .28 2.4 Phương pháp khảo sát tính chất nhạy khí vật liệu .29 2.4.1 Cấu tạo hệ đo nhạy khí 29 2.4.2 Các thao thác khảo sát tính chất nhạy khí 30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Nghiên cứu chế tạo khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo tới đặc tính cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu MoS2 .32 3.1.1 Đặc tính cấu trúc vật liệu MoS2 .32 3.1.2 Tính chất nhạy khí 36 3.2 Nghiên cứu chế tạo khảo sát ảnh hưởng thời gian chế tạo tới đặc tính cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu MoS2 .43 3.2.1 Đặc tính cấu trúc vật liệu MoS2 .43 3.2.2 Tính chất nhạy khí 49 3.3 Nghiên cứu biến tính bề mặt cấu trúc nano MoS2 Pt để cải thiện đặc trưng nhạy khí NH3 .58 3.3.1 Hình thái, cấu trúc nano MoS2 biến tính 58 3.3.2 Khảo sát tính chất nhạy khí NH3 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Viết tắt Tên Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt 2D Two dimension Hai chiều ads adsorption Hấp phụ BET Brunauer- Emnet-Teller Brunauer, Emnet Teller CVD Chemical Vapour Deposition Lắng đọng pha hóa học EDS/EDX Energy Dispersive X-ray Phổ tán sắc lượng tia X Spectroscopy HRTEM ITIMS High Resolution Transmission Kính hiển vi điện tử truyền Electron Microscope qua phân giải cao International Training Institute for Viện đào tạo quốc tế khoa Materials Science học vật liệu MFC Mass Flow Controllers Bộ điều khiển lưu lượng khí ppb Parts per billion Một phần tỷ 10 ppm Parts per million Một phần triệu 11 R Resistance Điện trở 12 Ra Rair Điện trở đo khơng khí 13 Rg Rgas Điện trở đo khí thử 14 RT Room temperature Nhiệt độ phòng 15 S Sensitivity Độ hồi đáp/Độ đáp ứng 16 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 17 T Temperature Nhiệt độ 18 TEM Transmission Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét 19 TMDs Transition metal dichalcogenides Kim loại chuyển tiếp dichalcogenides 20 XRD LÊ THỊ HỒNG X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X ITIMS 2017-2019 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể TMDs 13 Hình 1.2 (a) Vật liệu MoS2 dạng khối, chiều dài khoảng 1cm (b) Ảnh TEM MoS2 dạng lớp (c) Cấu trúc phân lớp MoS2 (d) Cấu trúc tinh thể: 2H (Hexagonal), 3R (Rhombohedral) and 1T (Tetragonal) 14 Hình 1.3 (a) Vùng cấm xiên MoS2 dạng khối, (b) Vùng cấm thẳng MoS2 đơn lớp Vòng tròn màu xanh đáy vùng dẫn, vòng tròn màu đỏ đỉnh vùng hóa trị 15 Hình 2.1 Một số trang thiết bị sử dụng tổng hợp vật liệu nano MoS2 phương pháp thủy nhiệt (a) cốc đựng dung dịch, (b) bình thủy nhiệt, (c) lò thủy nhiệt, (d) máy quay li tâm 22 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu nano MoS2 có cấu trúc hình thái khác phương pháp thủy nhiệt 23 Hình 2.3 Sơ đồ quy trình biến tính hạt Pt bề mặt cấu trúc nano MoS2 phương pháp khử trực tiếp 25 Hình 2.4 Sơ đồ chế tạo cảm biến phương pháp nhỏ phủ 26 Hình 2.5 Hai mode dao động đặc trưng E12g A1g MoS2 27 Hình 2.6 Sơ đồ nguyên lý hệ trộn khí MFC 29 Hình 2.7 Buồng khí đo (a, b) máy đo điện trở Keithley 2450 30 Hình 3.1 Phổ Raman mẫu MoS2 chế tạo nhiệt độ khác 33 Hình 3.2 Ảnh SEM mẫu vật liệu nano MoS2 tổng hợp nhiệt độ khác (a, b): 160 oC; (c, d): 180 oC; (e, f): 200 oC 35 Hình 3.3 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu MoS2 chế tạo nhiệt độ khác 36 Hình 3.4 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-160: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 38 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 Hình 3.5 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-180: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 39 Hình 3.6 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-200: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 41 Hình 3.7 Đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến MoS2-160, MoS2-180 MoS2-200 nhiệt độ làm việc 50 oC với nồng độ 1-2.5-5-10 ppm khí đo NO2 42 Hình 3.8 Độ chọn lọc cảm biến MoS2-200 42 Hình 3.9 Phổ Raman mẫu MoS2 chế tạo với thời gian thủy nhiệt khác 44 Hình 3.10 Ảnh SEM mẫu vật liệu nano MoS2 tổng hợp với thời gian thủy nhiệt khác (a, b): 24h; (c, d): 36h; (e, f): 48h; (g, h): 60h 46 Hình 3.11 Giản đồ đo diện tích bề mặt riêng BET mẫu chế tạo với thời gian thủy nhiệt khác (a): 24h; (b): 36h; (c): 48h; (d): 60h; (e): so sánh diện tích bề mặt riêng mẫu 47 Hình 3.12 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu MoS2 chế tạo với thời gian thủy nhiệt khác 48 Hình 3.13 Ảnh TEM (a, b) HR-TEM (c) mẫu MoS2-48h 49 Hình 3.14 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-36h: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 50 Hình 3.15 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-48h: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 52 Hình 3.16 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-60h: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 150 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NO2 nhiệt độ khác 53 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 Hình 3.17 Đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến MoS2-24h, MoS2-36h, MoS2-48h MoS2-60h nhiệt độ làm việc 50 oC với nồng độ 1-2.5-5-10 ppm khí đo NO2 54 Hình 3.18 Độ chọn lọc cảm biến MoS2-48h 55 Hình 3.19 Minh họa chế nhạy khí vật liệu p-MoS2 khí NO2 (a) Quá trình hình thành ion O2- bề mặt MoS2 tiếp xúc với khơng khí; (b) Nồng độ lỗ trống tăng sau ion O2- hình thành; (c) Quá trình hình thành ion NO2- bề mặt MoS2 tiếp xúc với khí NO2; (d) Nồng độ lỗ trống tăng hấp thụ hóa học NO2 56 Hình 3.20 Các đồ thị đặc trưng cho cảm biến MoS2-48h: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ làm việc từ 50 oC đến 200 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ khác 58 Hình 3.21 Phổ Raman mẫu nano MoS2 biến tính Pt với nồng độ khác 59 Hình 3.22 Ảnh SEM mẫu Pt biến tính bề mặt vật liệu nano MoS2 với nồng độ khác (a, b): 0.1%; (c, d): 0.5%; (e, f): 1% 60 Hình 3.23 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu MoS2-Pt-0.5% 61 Hình 3.24 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu nano MoS2 biến tính Pt với nồng độ khác 62 Hình 3.25 Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NH3 cảm biến MoS2-48h-Pt-0.1%: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ làm việc từ 150 oC đến 250 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ khác 63 Hình 3.26 Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NH3 cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5%: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ làm việc từ 150 oC đến 250 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ khác 64 Hình 3.27 Các đồ thị đặc trưng nhạy khí NH3 cảm biến MoS2-48h-Pt-1%: (a) Điện trở theo thời gian theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ làm việc từ 150 oC đến 250 oC; (b) Độ đáp ứng theo nồng độ khí NH3 nhiệt độ khác 65 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 Hình 3.28 Đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến khơng biến tính MoS2-48h cảm biến biến tính Pt: MoS2-48h-Pt-0.1%, MoS2-48h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% nồng độ 500 ppm khí NH3 theo nhiệt độ 66 Hình 3.29 Đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến: MoS2-48h-Pt-0.1%, MoS2-48hPt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% nhiệt độ làm việc tối ưu 200 oC với nồng độ 50-100250-500 ppm khí đo NH3 68 Hình 3.30 Độ đáp ứng với khí khác cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% nhiệt độ làm việc 200 oC 69 Hình 3.31 Minh họa chế nhạy khí NH3 vật liệu nano MoS2 biến tính Pt khí NH3 69 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Một số cơng trình nghiên cứu cảm biến khí sở vật liệu MoS2 19, 20 Bảng 2.1 Nồng độ khí chuẩn (NO2, SO2, H2S: 0.01%) tương ứng với lưu lượng khí khác 31 Bảng 2.2 Nồng độ khí chuẩn (H2, NH3: 0.5%) tương ứng với lưu lượng khí khác 31 Bảng 3.1 Các mẫu vật liệu MoS2 tổng hợp nhiệt độ khác 32 Bảng 3.2 Kí hiệu mẫu chọn để chế tạo cảm biến 37 Bảng 3.3 Các mẫu vật liệu MoS2 tổng hợp với thời gian thủy nhiệt khác 43 Bảng 3.2 Kí hiệu mẫu chọn để chế tạo cảm biến 49 LÊ THỊ HỒNG ITIMS 2017-2019 ứng cao nhiệt độ làm việc 100 oC, loại cảm biến biến tính Pt: MoS2-48h-Pt-0.1%, MoS2-48h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% cho độ đáp ứng cao với khí NH3 200 oC Tuy nhiên, độ đáp ứng tất cảm biến biến tính Pt cao độ đáp ứng cảm biến khơng biến tính tất nhiệt độ làm việc Cụ thể, nhiệt độ làm việc 100 oC, độ đáp ứng cảm biến biến tính MoS248h-Pt-0.1%, MoS2-48h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% cao độ đáp ứng cảm biến không biến tính MoS2-48h khoảng 2; 1.7 lần Trong đó, nhiệt độ làm việc 200 oC, độ đáp ứng cảm biến biến tính cao độ đáp ứng cảm biến khơng biến tính khoảng 13, 23 19 lần Sự tăng độ đáp ứng cảm biến biến tính so với cảm biến khơng biến tính vai trò xúc tác, tăng hấp phụ phân tử khí tăng nhanh q trình trao đổi điện tử cảm biến khí thử Pt biến tính bề mặt MoS2 Kết nghiên cứu phù hợp với kết công bố Yan cộng nghiên cứu tính chất nhạy khí NH3 cấu trúc nano MoS2 biến tính kim loại q có tính xúc tác [46] Hình 3.29 đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến MoS2-48h-Pt-0.1%, MoS2-48h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% nhiệt độ làm việc tối ưu 200 oC với nồng độ khí NH3 từ 50 ppm đến 500ppm Kết cho thấy nhiệt độ 200oC cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% cho độ đáp ứng với khí NH3 cao nhất, cảm biến MoS2-48h-Pt-1% độ đáp ứng thấp cảm biến MoS2-48h-Pt0.1% Để đánh giá ảnh hưởng nồng độ Pt biến tính lên độ đáp ứng cảm biến nhiệt độ làm việc 200 oC khí NH3 nồng độ 500 ppm, ta nhận thấy độ đáp ứng cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% tăng khoảng 43% so với cảm biến MoS2-48h-Pt-0.1% nồng độ biến tính Pt tăng lần Tuy nhiên nồng độ biến tính tăng lên 1% độ đáp ứng cảm biến MoS2-48h-Pt-1% với khí NH3 lại giảm 18% so với cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% dù nồng độ biến tính Pt tăng lần Điều giải thích tăng nồng độ biến tính Pt lên 1% Pt lại có xu hướng kết đám lại với nhiều làm giảm hiệu ứng tiếp xúc làm giảm độ đáp ứng với khí NH3 LÊ THỊ HỒNG 67 ITIMS 2017-2019 600 @200oC MoS2-48h-Pt-0.1% MoS2-48h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% 500 S(%) 400 300 200 100 100 200 300 400 500 NH3 (ppm) Hình 3.29 Đồ thị so sánh độ đáp ứng cảm biến MoS2-48h-Pt-0.1%, MoS248h-Pt-0.5% MoS2-48h-Pt-1% nhiệt độ làm việc tối ưu 200oC với nồng độ 50100-250-500 ppm khí đo NH3 Để đánh giá tính chọn lọc cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% sở cấu trúc nano MoS2 biến tính bề mặt Pt Chúng tơi khảo sát với loại khí khác NO2, H2, CO, CH4, H2S nhiệt độ làm việc 200 oC (Hình 3.30) Kết khảo sát sát cho thấy cảm biến có độ chọn lọc tốt với khí NH3, cảm biến có độ đáp ứng cao với khí NH3 điều kiện nhiệt độ làm việc, khí khác có độ đáp ứng thấp 50% Vì vậy, từ phân tích tính chất nhạy khí trên, chúng tơi tin cảm biến chế tạo sở nano MoS2 biến tính bề mặt kim loại q Pt ứng dụng quan trắc môi trường khí độc NH3 LÊ THỊ HỒNG 68 ITIMS 2017-2019 Hình 3.30 Độ đáp ứng với khí khác cảm biến MoS2-48h-Pt-0.5% nhiệt độ làm việc 200 oC Hình 3.31 Minh họa chế nhạy khí NH3 vật liệu nano MoS2 biến tính Pt khí NH3 [47] Sự tăng cường độ đáp ứng cảm biến khí sở vật liệu nano MoS2 biến tính bề mặt với Pt giải thích theo chế sau minh họa Hình 3.31 Đầu tiên, Pt biến tính bề mặt cấu trúc nano MoS2 tồn dạng PtO2 LÊ THỊ HỒNG 69 ITIMS 2017-2019 đóng vai trị xúc tác để làm phân ly phân tử khí oxy thành ion ngun tử (O2, O-, O2-) có tính hoạt hóa cao làm cho bề mặt vật liệu MoS2 dễ hấp phụ theo hiệu ứng tràn, lượng oxy hấp phụ bề mặt tăng lên [42] dẫn đến hình thành lớp điện tích khơng gian dày Khi cảm biến tiếp xúc với khí khử NH3 phẩn tử khí NH3 tương tác với loại ion oxy hấp phụ bề mặt vật liệu theo phương trình phản ứng (3.10), (3.11), (3.12) (3.13) tạo thành N2, H2O nhả lại điện tử bề mặt MoS2 Các điện tử tái hợp với lỗ trống làm giảm nồng độ lỗ trống dẫn đến điện trở cảm biến tăng Trong đó, xác tác PtO2 loại p dẫn đến hình thành tiếp xúc dị thể p-p với MoS2 loại p Sự hình thành tiếp xúc dị thể đóng vai trị quan trọng việc tăng cường tính chất nhạy khí Sau hình thành tiếp xúc PtO2, có cơng lớn 5.7 eV [2], MoS2 có cơng 5.07 eV [12], điện tử chuyển từ MoS2 sang PtO2 mức Fermi hai vật liệu Điều gây hình thành lớp nghèo lỗ trống phía mức lượng cao lớp giàu lỗ trống phía có mức lượng thấp Các lớp giàu lỗ trống bị “nghèo” phân tử oxy bị hấp phụ bề mặt bán dẫn dẫn đến tăng rào nơi tiếp xúc, làm tăng hiệu suất cảm biến khí Giải thích chế cảm biến khí tương tự áp dụng cho cấu trúc tiếp xúc dị thể khác [25, 43] Ngồi ra, PtO2 có tính xúc tác nên chúng làm tăng cường tốc độ tương tác phân tử khí NH3 với bề mặt vật liệu tương tác phân tử NH3 với ion ơxy hấp phụ, làm tăng khả hấp thụ khí NH3 bề mặt MoS2 dẫn đến việc tăng cường khả nhạy khí NH3 vật liệu MoS2 biến tính Pt so với vật liệu khơng biến tính LÊ THỊ HỒNG 70 ITIMS 2017-2019 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Sau trình thực đề tài Viện Đào tạo Quốc tế Khoa học Vật liệu (ITIMS), trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, dựa sở kết phân tích trình bày trên, rút số kết luận sau: Đã chế tạo thành công cấu trúc nano MoS2 có hình thái khác phương pháp thủy nhiệt, đồng thời khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo, thời gian chế tạo đến đặc tính cấu trúc tính chất nhạy khí vật liệu Kết với ảnh hưởng nhiệt độ chế tạo thị điều kiện 200 oC cánh nano MoS2 dày đặc, kích thước cánh đồng đều, bề dày cánh mỏng Đồng thời cảm biến chế tạo điều kiện cho độ đáp ứng với khí NO2 cao nhiệt độ thấp 50 oC, với độ đáp ứng 19.05 % 10 ppm NO2 Với ảnh hưởng thời gian chế tạo, điều kiện 48h/200 oC hoa nano MoS2 gồm lượng cánh nhều dày đặc, kích thước cánh đồng hơn, bề dày cánh mỏng khoảng vài nano, bề rộng cánh gần 100nm, diện tích bề mặt riêng mẫu lớn Và mẫu chế tạo điều kiện cho kết nhạy khí NO2 cao nhiệt độ thấp 50 oC với độ đáp ứng 48.9% nồng độ khí NO2 10 ppm; 23% nhiệt độ 100 oC với nồng độ khí NH3 500 ppm Tính chọn lọc cảm biến chúng tơi khảo sát với khí NO2, NH3, CO, H2 CH4 Đã nghiên cứu biến tính thành công Pt với nồng độ khác bề mặt cấu trúc nano MoS2 phương pháp khử trực tiếp nhằm cải thiện đặc trưng nhạy khí NH3 vật liệu Cảm biến sở vật liệu MoS2 biến tính Pt tăng độ đáp ứng với khí NH3 lên từ 13 đến 23 lần với nồng độ 0.1%, 1% 0.5% so với cảm biến sở vật liệu MoS2 khơng biến tính Hướng nghiên cứu tiếp theo: LÊ THỊ HỒNG 71 ITIMS 2017-2019 - Tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện thủy nhiệt khác đến hình thành hình thái cấu trúc khác vật liệu MoS2 Đồng thời khảo sát độ bền ảnh hưởng độ ẩm, ánh sáng đến thông số cảm biến - Khảo sát tính chất khác vật liệu MoS2 để ứng dụng lĩnh vực khác xúc tác, lưu trữ lượng… LÊ THỊ HỒNG 72 ITIMS 2017-2019 CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Lê Thị Hồng, Đặng Thị Thanh Lê, Chử Mạnh Hưng*, Synthesis and characterization of MoS2 nanostructures, Proceedings of the 9th International Workshop on Advanced Materials Science and nanotechnology (2018), p421 LÊ THỊ HỒNG 73 ITIMS 2017-2019 TÀI LIỆU THAM KHẢO Barzegar M., M Berahman, and A Iraji zad, “Sensing behavior of flowershaped MoS2 nanoflakes: case study with methanol and xylene,” Beilstein Journal of Nanotechnology, 9, pp 608–615 (2018) Basu P.K., S Kallatt, E.A Anumol, and N Bhat, “Suspended core-shell PtPtOx nanostructure for ultrasensitive hydrogen gas sensor,” Journal of Applied Physics, 117, pp 1–12 (2015) Bernal M.M., L Álvarez, E Giovanelli, et al., “Luminescent transition metal dichalcogenide nanosheets through one-step liquid phase exfoliation,” 2D Materials, 3, pp 1–11 (2016) Chacko L., M.K Jayaraj, and P.M Aneesh, “Excitation-wavelength dependent upconverting surfactant free MoS2 nanoflakes grown by hydrothermal method,” Journal of Luminescence, 192, pp 6–10 (2017) Chaudhary N., M Khanuja, and S.S Islam, “Hydrothermal synthesis of MoS2 nanosheets for multiple wavelength optical sensing applications”, Sensors & Actuators: A Physical, (2018) Cho B., M.G Hahm, M Choi, et al., “Charge-transfer-based gas sensing using atomic-layer MoS2 ”, Scientific Reports, 5, p 8052 (2015) Coleman J.N., M Lotya, A O’Neill, et al., “Two-dimensional nanosheets produced by liquid exfoliation of layered materials,” Science, 331, pp 568– 571 (2011) Cunningham G., M Lotya, C.S Cucinotta, et al., “Solvent exfoliation of transition metal dichalcogenides: Dispersibility of exfoliated nanosheets varies only weakly between compounds,” ACS Nano, , pp 3468–3480 (2012) LÊ THỊ HỒNG 74 ITIMS 2017-2019 Dae H.B., and J Kim, “MoS2 gas sensor functionalized by Pd for the detection of hydrogen,” Sensors and Actuators, B: Chemical, 250, pp 686– 691 (2017) 10 Dang T.V, N Duc Hoa, N Van Duy, and N Van Hieu, “Chlorine Gas Sensing Performance of On-Chip Grown ZnO, WO3, and SnO2 Nanowire Sensors,” ACS Applied Materials & Interfaces, 8, pp 4828–4837 (2016) 11 Dong H., S Tang, Y Hao, et al., “Fluorescent MoS2 Quantum Dots: Ultrasonic Preparation, Up-Conversion and Down-Conversion Bioimaging, and Photodynamic Therapy”, ACS Applied Materials and Interfaces, 8, pp 3107–3114 (2016) 12 Gong C., H Zhang, W Wang, L Colombo, R.M Wallace, and K Cho, “Band alignment of two-dimensional transition metal dichalcogenides: Application in tunnel field effect transistors,” Applied Physics Letters, 103, pp 0–4 (2013) 13 Han S., C Yuan, X Luo, et al., “Horizontal growth of MoS2 nanowires by chemical vapour deposition”, RSC Advances, 5, pp 68283–68286 (2015) 14 Haridas D., and V Gupta, “Enhanced response characteristics of SnO2 thin film based sensors loaded with Pd clusters for methane detection,” Sensors and Actuators, B: Chemical, 166–167, pp 156–164 (2012) 15 He Z., and W Que, “Molybdenum disulfide nanomaterials: Structures, properties, synthesis and recent progress on hydrogen evolution reaction,” Applied Materials Today, 3, pp 23–56 (2016) 16 Jariwala D., V.K Sangwan, L.J Lauhon, T.J Marks, and M.C Hersam, “Emerging Device Applications for Two-dimensional Semiconductors,” ACS nano, 8, pp 1102–1120 (2014) 17 El khalidi Z., E Comini, B Hartiti, et al., “Effect of vanadium doping on LÊ THỊ HỒNG 75 ITIMS 2017-2019 ZnO sensing properties synthesized by spray pyrolysis,” Materials and Design, 139, pp 56–64 (2018) 18 Kumar R., O Al-Dossary, G Kumar, and A Umar, “Zinc oxide nanostructures for NO2 gas–sensor applications: A review,” Nano-Micro Letters, 7, pp 1–24 (2014) 19 Kumar R., N Goel, and M Kumar, “High performance NO2 sensor using MoS2 nanowires network,” Applied Physics Letters, 112, p 53502 (2018) 20 Li H., Q Zhang, C.C.R Yap, et al., “From bulk to monolayer MoS2: Evolution of Raman scattering,” Advanced Functional Materials, 22, pp 1385–1390 (2012) 21 Li S., W Zang, X Liu, et al., “Heterojunction engineering of MoSe2 /MoS2 with electronic modulation towards synergetic hydrogen evolution reaction and supercapacitance performance,” Chemical Engineering Journal, (2018) 22 Li W.J., E.W Shi, J.M Ko, Z.Z Chen, H Ogino, and T Fukuda, “Hydrothermal synthesis of MoS2 nanowires,” Journal of Crystal Growth, 250, pp 418–422 (2003) 23 Li Z., J Ma, Y Zhou, et al., “Synthesis of sulfur-rich MoS2 nanoflowers for enhanced hydrogen evolution reaction performance,” Electrochimica Acta, 283, pp 306–312 (2018) 24 Lin H., X Chen, H Li, M Yang, and Y Qi, “Hydrothermal synthesis and characterization of MoS2 nanorods,” Materials Letters, 64, pp 1748–1750 (2010) 25 Luo Y., and C Zhang, “Pt-activated TiO2 -MoS2 nanocomposites for H2 detection at low temperature,” Elsevier B.V., (2018) 26 Ma L., L.M Xu, X.Y Xu, Y.L Luo, and W.X Chen, “Synthesis and characterization of flower-like MoS2 microspheres by a facile hydrothermal LÊ THỊ HỒNG 76 ITIMS 2017-2019 route,” Materials Letters, 63, pp 2022–2024 (2009) 27 Nancy Anna Anasthasiya A., R.K Kampara, P.K Rai, and B.G Jeyaprakash, “Gold functionalized ZnO nanowires as a fast response/recovery ammonia sensor,” Applied Surface Science, (2017) 28 Nguyen T.P., S Choi, J.M Jeon, K.C Kwon, H.W Jang, and S.Y Kim, “Transition Metal Disulfide Nanosheets Synthesized by Facile Sonication Method for the Hydrogen Evolution Reaction,” Journal of Physical Chemistry C, 120, pp 3929–3935 (2016) 29 Plechinger G., J Mann, E Preciado, D Barroso, A Nguyen, and J Eroms, “A direct comparison of CVD-grown and exfoliated MoS2 using optical spectroscopy,” 64008 30 Publishing W.A., and N York, “Handbook of hydrothermal technology- A Technology for Crystal Growth and Materials Processing,” 31 Song I., C Park, and H.C Choi, “Synthesis and properties of molybdenum disulphide: From bulk to atomic layers,” RSC Advances, 5, pp 7495–7514 (2015) 32 Splendiani A., L Sun, Y Zhang, et al., “Emerging photoluminescence in monolayer MoS2,” Nano Letters, 10, pp 1271–1275 (2010) 33 Stemmer S., Y Lilach, M Moskovits, D.O Klenov, and A Kolmakov, “ Enhanced Gas Sensing by Individual SnO2 Nanowires and Nanobelts Functionalized with Pd Catalyst Particles ,” Nano Letters, 5, pp 667–673 (2005) 34 Strano M.S., A Kis, J.N Coleman, Q.H Wang, and K Kalantar-Zadeh, “Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides,” Nature Nanotechnology, 7, pp 699–712 (2012) 35 Tang G., J Sun, C Wei, et al., “Synthesis and characterization of flowerlike LÊ THỊ HỒNG 77 ITIMS 2017-2019 MoS2 nanostructures through CTAB-assisted hydrothermal process,” Materials Letters, 86, pp 9–12 (2012) 36 Tang G., J Zhang, C Liu, et al., “Synthesis and tribological properties of flower-like MoS2 microspheres,” Ceramics International, 40 (8 PART A), pp 11575–11580 (2014) 37 Tian Y., Y He, and Y Zhu, “Low temperature synthesis and characterization of molybdenum disulfide nanotubes and nanorods,” Materials Chemistry and Physics, 87, pp 87–90 (2004) 38 Toan N Van, C.M Hung, N Van Duy, N.D Hoa, D.T.T Le, and N Van Hieu, “Bilayer SnO2–WO3 nanofilms for enhanced NH3 gas sensing performance,” Materials Science and Engineering B: Solid-State Materials for Advanced Technology, 224, pp 163–170 (2017) 39 Transistors M., B Liu, L Chen, et al., “High-Performance Chemical Sensing Using Schottky-Contacted Chemical Vapor Deposition Grown Monolayer,” pp 5304–5314 (2014) 40 Veeramalai C.P., F Li, Y Liu, Z Xu, T Guo, and T.W Kim, “Enhanced field emission properties of molybdenum disulphide few layer nanosheets synthesized by hydrothermal method,” Applied Surface Science, 389, pp 1017–1022 (2016) 41 Wang D., Z Pan, Z Wu, Z Wang, and Z Liu, “Hydrothermal synthesis of MoS2 nanoflowers as highly efficient hydrogen evolution reaction catalysts,” Journal of Power Sources, 264, pp 229–234 (2014) 42 Wang Y., J Liu, X Cui, et al., “NH3 gas sensing performance enhanced by Pt-loaded on mesoporous WO3,” Sensors and Actuators, B: Chemical, 238, pp 473–481 (2017) 43 Wang Y., F Qu, J Liu, Y Wang, J Zhou, and S Ruan, “Enhanced H2S LÊ THỊ HỒNG 78 ITIMS 2017-2019 sensing characteristics of CuO-NiO core-shell microspheres sensors,” Sensors and Actuators, B: Chemical, 209, pp 515–523 (2015) 44 Wang Z.M., “MoS2 materials, Physics and devices ,” (2014) 45 Xu T., Y Liu, Y Pei, et al., “The ultra-high NO2 response of ultra-thin WS2 nanosheets synthesized by hydrothermal and calcination processes,” Sensors and Actuators, B: Chemical, 259, pp 789–796 (2018) 46 Yan H., P Song, S Zhang, J Zhang, Z Yang, and Q Wang, “A low temperature gas sensor based on Au-loaded MoS2 hierarchical nanostructures for detecting ammonia,” Ceramics International, 42, pp 9327–9331 (2016) 47 Yan H., P Song, S Zhang, J Zhang, Z Yang, and Q Wang, “A low temperature gas sensor based on Au-loaded MoS2 hierarchical nanostructures for detecting ammonia,” Ceramics International, 42, pp 9327–9331 (2016) 48 Yazyev O V., and A Kis, “MoS2 and semiconductors in the flatland,” Materials Today, 18, pp 20–30 (2015) 49 Yu L., F Guo, S Liu, et al., “Hierarchical 3D flower-like MoS2 spheres: Post-thermal treatment in vacuum and their NO2 sensing properties,” Materials Letters, 183, pp 122–126 (2016) 50 Zeng H., and X Cui, “An optical spectroscopic study on two-dimensional group-VI transition metal dichalcogenides,” Chemical Society Reviews, 44, pp 2629–2642 (2015) 51 Zhang D., C Jiang, and X Zhou, “Fabrication of Pd-decorated TiO2 /MoS2 ternary nanocomposite for enhanced benzene gas sensing performance at room temperature,” Talanta, 182, pp 324–332 (2018) 52 Zhang D., J Wu, P Li, and Y Cao, “Room-temperature SO2 gas-sensing properties based on a metal-doped MoS2 nanoflower: An experimental and density functional theory investigation,” Journal of Materials Chemistry A, 5, LÊ THỊ HỒNG 79 ITIMS 2017-2019 pp 20666–20677 (2017) 53 Zhang K., S Feng, J Wang, et al., “Manganese Doping of Monolayer MoS2: The Substrate Is Critical,” Nano Letters, 15, pp 6586–6591 (2015) 54 Zhang X., X Huang, M Xue, et al., “Hydrothermal synthesis and characterization of 3D flower-like MoS2 microspheres,” Materials Letters, 148, pp 67–70 (2015) 55 Zhang Y., W Zeng, and Y Li, “The hydrothermal synthesis of 3D hierarchical porous MoS2 microspheres assembled by nanosheets with excellent gas sensing properties,” Journal of Alloys and Compounds, 749, pp 355–362 (2018) 56 Zhang Y., W Zeng, and Y Li, “Hydrothermal synthesis and controlled growth of hierarchical 3D flower-like MoS2 nanospheres assisted with CTAB and their NO2 gas sensing properties,” Applied Surface Science, 455, pp 276– 282 (2018) 57 Zhao P.X., Y Tang, J Mao, et al., “One-Dimensional MoS2 -Decorated TiO2 nanotube gas sensors for efficient alcohol sensing,” Journal of Alloys and Compounds, 674, pp 252–258 (2016) 58 Zhong Y., Q Zhuang, C Mao, Z Xu, Z Guo, and G Li, “Vapor phase sulfurization synthesis of interlayer-expanded MoS2-C hollow nanospheres as a robust anode material for lithium-ion batteries,” Journal of Alloys and Compounds, 745, pp 8–15 (2018) 59 Zhou Q., C Hong, Y Yao, et al., “Hierarchically MoS2 nanospheres assembled from nanosheets for superior CO gas-sensing properties,” Materials Research Bulletin, 101, pp 132–139 (2018) 60 Zhu C., B Liu, P Tan, et al., “Valley-selective circular dichroism of monolayer molybdenum disulphide,” Nature Communications, (1), pp LÊ THỊ HỒNG 80 ITIMS 2017-2019 885–887 (2012) 61 김태영, “Synthesis of large monolayer MoS2 film and its application to fieldeffect transistors,” (2017) LÊ THỊ HỒNG 81 ITIMS 2017-2019 ... biến tính vật liệu MoS2 phương pháp thủy nhiệt ứng dụng cảm biến khí ”  Mục đích, đối tượng phạm vi nghiên cứu (i) Nghiên cứu chế tạo thành cơng vật liệu MoS2 có cấu trúc nano phương pháp thủy nhiệt, ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Lê Thị Hồng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ BIẾN TÍNH VẬT LIỆU MoS2 BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT ỨNG DỤNG TRONG CẢM BIẾN KHÍ Chuyên... tiếp Dichalcogenides, vật liệu MoS2, phương pháp tổng hợp biến tính vật liệu MoS2, cảm biến khí sở vật liệu nano MoS2 vật liệu nano MoS2 biến tính Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm - Trình