Study on effect of experimental parameters (ph values and the ratio of concentration of precursors) on the structure and the optical property of molybdenum disulfide nanomaterial synthesized by

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU TRẦN THANH XUÂN NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM (pH, TỶ LỆ NỒNG ĐỘ TIỀN CHẤT) LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO MoS2 ĐƯỢC TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT STUDY ON EFFECT OF EXPERIMENTAL PARAMETERS (PH VALUES AND THE RATIO OF CONCENTRATION OF PRECURSORS) ON THE STRUCTURE AND THE OPTICAL PROPERTY OF MOLYBDENUM DISULFIDE NANOMATERIAL SYNTHESIZED BY HYDROTHERMAL METHOD Chuyên ngành: KỸ THUẬT VẬT LIỆU Mã số: 8520309 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2020 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM Cán hướng dẫn khoa học : TS Trần Văn Khải (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Lê Thị Duy Hạnh (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : TS Đinh Sơn Thạch (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 10 tháng năm 2020 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) PGS.TS Nguyễn Văn Dán TS Trần Văn Khải TS Lê Thị Duy Hạnh TS Đinh Sơn Thạch TS Phạm Trung Kiên Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Khoa: Công Nghệ Vật Liệu CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc -o0o - -o0o Ngày 10 tháng năm 2020 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ HỌ VÀ TÊN : TRẦN THANH XUÂN MSHV : 1870400 NGÀY, THÁNG, NĂM SINH: 05/05/1996 NƠI SINH: Bến Tre CHUYÊN NGÀNH: Kỹ thuật Vật liệu Mã số: 8520309 Đầu đề luận văn: NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THÔNG SỐ THỰC NGHIỆM (pH, TỶ LỆ NỒNG ĐỘ TIỀN CHẤT) LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO MoS2 ĐƯỢC TỔNG HỢP BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT (STUDY ON EFFECT OF EXPERIMENTAL PARAMETERS (pH VALUES AND THE RATIO OF CONCENTRATION OF PRECURSORS) ON THE STRUCTURE AND THE OPTICAL PROPERTY OF MOLYBDENUM DISULFIDE NANOMATERIAL SYNTHESIZED BY HYDROTHERMAL METHOD) Nhiệm vụ (yêu cầu nội dung số liệu ban đầu): - Nghiên cứu thực lập quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu nano Molypdenum disulfide phương pháp thuỷ nhiệt - Nghiên cứu ảnh hưởng độ pH nồng độ tiền chất đến cấu trúc tính chất vật liệu tổng hợp - Luận văn thực theo nhiệm vụ thời hạn đặt Ngày giao nhiệm vụ: 11/02/2019 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 08/12/2019 Họ tên người hướng dẫn: TS TRẦN VĂN KHẢI Phần hướng dẫn: 100% Ngày10 tháng năm 2020 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký ghi rõ họ tên) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Ký ghi rõ họ tên) LỜI CẢM ƠN Được phân công quý thầy cô khoa Công nghệ vật liệu, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM sau gần năm tìm tịi nghiên cứu, em hồn thành luận văn Thạc sĩ với đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng thông số thực nghiệm (pH, tỷ lệ tiền chất phản ứng) lên cấu trúc tính chất quang vật liệu nano Molybdenum disulfide tổng hợp phương pháp thuỷ nhiệt” Để hồn thành q trình nghiên cứu hoàn thiện luận văn này, lời em xin chân thành đến ủng hộ trợ giúp đắt lực gia đình Gia đình ln tạo điều kiện tốt cho em chỗ dựa vững cho bước chân em đến với thành công đứng sau giúp đỡ em lúc khó khăn áp lực Và tất nhiên, em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn em TS Trần Văn Khải Thầy trực tiếp bảo hướng dẫn em suốt trình thực đề tài Những lời khuyên thầy ln giúp cho em nhận sai sót khắc phục cách sớm Ngồi ra, em cịn có thêm nhiều kiến thức từ kinh nghiệm thầy truyền đạt lại Em xin cảm ơn Phòng Thí nghiệm Bộ mơn Kim loại Hợp kim Cơ sở Đại học Bách Khoa TP.HCM, hỗ trợ tận tình trang thiết bị cần thiết để thực đề tài Bên cạnh đó, em xin gửi lời cảm ơn đến q thầy giáo Phịng Thí nghiệm Hóa Phân tích trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM cho phép em sử dụng thiết bị phịng để hồn thành Luận văn Cuối cùng, em cịn nhận giúp đỡ nhiệt tình từ phịng, ban, viện nghiên cứu Cơng nghệ Vật liệu Cám ơn chúc quý thầy, cô, anh, chị nhiều sức khỏe thành công sống Mặc dù em cố gắng để hồn thành luận văn cách tốt khơng tránh khỏi sai sót Em mong nhận nhận xét ý kiến đóng góp để luận văn trở nên hồn thiện Luận văn thực với hỗ trợ phần kinh phí từ đề tài 104.03 – 2019.42 Quỹ phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) tài trợ Xin chân thành cảm ơn! TP.HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019 Trần Thanh Xuân TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ a Tóm tắt Molybdenum disulfide (MoS2) thu hút nhiều ý cấu trúc có vùng cấm khoảng cách vùng cấm thay đổi với thay đổi số lớp Khoảng cách vùng cấm MoS2 nằm khoảng từ 1.2 eV (dạng khối) đến 1.9 eV (đơn lớp) giúp ứng cử viên đầy hứa hẹn cho thiết bị bán dẫn bù đắp cho thiếu sót graphene – vật liệu có vùng cấm khơng Việc tổng hợp khảo sát tính chất quang nhiều nhà khoa học nhóm nghiên cứu tồn giới hướng đến Trong cơng trình này, tơi xin giới thiệu phương pháp tổng hợp đơn giản hiệu để tổng hợp vật liệu này, phương pháp thủy nhiệt Đồng thời, khảo sát thay đổi cấu trúc tính chất vói thay đổi điều kiện độ pH tỷ lệ nồng độ tiền chất Kết thu cho thấy, vật liệu thu tồn dạng thông qua ảnh SEM với khoảng cách vùng cấm hai khoảng tương ứng 1.76 eV 1.91eV thông qua phổ quang phát quang – PL, tương ứng với vật liệu vài lớp MoS2 Đồng thời, vật liệu tổng hợp cho thấy cấu trúc dị thể chèn dạng cấu trúc 1T có tính kim loại vào dạng cấu trúc mang tính bán dẫn 2H xác nhận qua phổ XRD Raman, với hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy việc mở rộng khoảng cách lớp từ 0.65nm thông thường thành 0.95nm b Abstract Molydenum disulfide (MoS2) has gained remarkable attention due to its structure with a bandgap and this bandgap modulation could be tunable with a decrease of the number of layers Bandgap of MoS2 ranges from 1.2 eV in bulk to 1.9 eV in monolayer that makes it a promising candidate for optoelectronic devices compensating for shortcoming of graphene – without a bandgap Synthesis and research to novel properties and structures have become primary topics of many scientists and groups around the world In this work, I will introduce to a facile and relatively effective approach to fabricate this material, hydrothermal method Moreover, I also research changes related to structure and properties, especially optical property of MoS2 with variations pH values and the ratio of the concentation of precursors The products obtained were nanosheets via SEM images with a bandgap at 1.76eV and 1.91eV through photoluminescene spectra, corresponding with few-layer MoS2 In addition, The as-synthesized MoS2 showed with a heterostructure of an intercalation of the metallic phase 1T into the semiconducting phase 2H and determined by Raman scattering peaks and X-ray diffraction patterns, along with transmission electron microscopy (TEM) images indicated that interlayer spacing was broadened from 0.65nm normally to 0.95nm LỜI CAM ĐOAN Luận văn tham khảo cập nhật tình hình nghiên cứu giới loại vật liệu dạng họ TMD, tương tự graphene Đồng thời, hướng dẫn tận tình TS Trần Văn Khải với trang thiết bị có hỗ trợ phịng thí nghiệm Bộ mơn Kim loại Hợp kim giúp tơi hồn thành đề tài Tôi cam đoan đề tài không vi phạm quyền hay ý tưởng cơng trình khác cơng bố ngồi nước Thêm nữa, tơi cam đoan rằng, đề tài hồn tồn mới, khơng chép đề tài, Luận án khác người trước Cuối cùng, kết khảo sát kiểm nghiệm trang thiết bị đại nước, tơi cam kết khơng có chỉnh sửa kết quả, hay làm sai khác kết dù nhỏ Nếu vi phạm, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm vấn đế Xin chân thành cảm ơn! DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 – Thiết bị cần thiết sử dụng cho thí nghiệm Bảng 3.2 – Hố chất cần thiết cho thí nghiệm Bảng 3.3 – Các điều kiện thí nghiệm với thay đổi pH Bảng 3.4 – Các điều kiện thí nghiệm với thay đổi tỷ lệ nồng độ tiền chất Bảng 4.1 – Kết phân tích thành phần nguyên tố mẫu với thay đổi pH Bảng 4.2 – Kết phân tích thành phần nguyên tố mẫu với thay đổi tỷ lệ nồng độ tiền chất Bảng 4.3 – Kết PL theo độ pH khác Bảng 4.4 – Kết PL theo tỷ lệ tiền chất khác DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH CVD Chemical Vapor Deposition: phương pháp phủ hoá học 1T Trigonal: cấu trúc lăng trụ bậc ba 2H Hexagonal: cấu trúc lục giác 3R Rhombohedral: cấu trúc mặt thoi XRD X-ray Diffraction: nhiễu xạ tia X SEM Scanning Electron Microscopy: Kính hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscopy: kính hiển vi điện tử truyền qua EDX/EDS Energy Dispersive X-ray Spectrometry: phổ tán xạ lượng tia X PL Photoluminescence: Phổ quang phát quang FTIR Fourier-Transform Infrared : Phổ hồng ngoại chuyển đổi Fourier DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1.1 - Các ấn phẩm khoa học từ năm 2010 – 2014 có từ khóa tìm kiếm “Mo, hybrid” “Mo, composite”, nguồn từ SciSense Scholar…………………………….4 Hình 1.2 – Số lượng cáo liên quan đến chủ đề MoS2 nguồn thơng tin khác nhau…………………………………………………………………………… Hình 2.1 – Cấu trúc theo mô 2D dạng lớp MoS2……………………… Hình 2.2 – Khoảng cách lớp dạng cấu trúc MoS2…………… Hình 2.3 – Các dạng đa hình dạng khối MoS2 tương ứng với nhóm cấu trúc khơng gian…………………………………………………………………………….8 Hình 2.4 – Khoảng cách lớp khác dạng 2H – MoS2………… Hình 2.5 – Các cấu trúc mơ dạng đa hình quy mơ đơn lớp MoS2 Hình 2.6 – (a) Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất khối 1T-MoS2 (b) Điện trở suất 1T-MoS2 đo từ trường khác 7K (c) Sự phụ thuộc nhiệt độ độ nhạy từ tính 1T MoS2 từ trường, với làm mát không trường (màu đỏ) làm mát trường (màu xanh): độ trễ từ mẫu đo 2K (d) Công suất nhiệt riêng khối 1T MoS2……………………………………………………14 Hình 2.7 – (a) Sự phụ thuộc nhiệt độ tính mẫn cảm từ tính màng bao bọc lại nano 1T’–MoS2 từ trường, với làm mát không (màu đen) làm mát trường (màu đỏ) Inset: độ trễ từ màng 2K (b) Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất màng bọc lại (c) Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:2.5: Trang 130 PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:3: Trang 131 PHỤ LỤC - Hình ảnh TEM: Trang 132 PHỤ LỤC Trang 133 PHỤ LỤC Trang 134 PHỤ LỤC Trang 135 PHỤ LỤC - Phổ Raman: + Mẫu pH = 3: + Mẫu pH = 4: + Mẫu pH = 5: Trang 136 PHỤ LỤC + Mẫu pH = 6: + Mẫu Mo:S = 1:1.5: Trang 137 PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:2: Trang 138 PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:2.5: + Mẫu Mo:S = 1:3: - Phổ FT – IR: Trang 139 PHỤ LỤC + Mẫu pH = 3: + Mẫu pH = 4: Trang 140 PHỤ LỤC + Mẫu pH = 5: + Mẫu pH = 6: Trang 141 PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:1.5: + Mẫu Mo:S = 1:2: Trang 142 PHỤ LỤC + Mẫu Mo:S = 1:2.5: + Mẫu Mo:S = 1:3: Trang 143 PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG PHẦN LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Trần Thanh Xuân Sinh ngày: 05/05/1996 Nơi sinh: Bến Tre Địa liên hệ: 56-58 Võ Thành Trang, phường 14, Q.Tân Bình, TP.HCM Số điện thoại: 0934.072.103 Email: tranthanhxuan55183@gmail.com QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO • 09/2014 - 08/2018: Sinh viên khoa Cơng Nghệ Vật Liệu – ĐHBK TP.HCM • 09/2018 – nay: Học viên cao học khoa Công Nghệ Vật Liệu – ĐHBK TP.HCM DANH SÁCH BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ: 1) Tran Thanh Xuan, Le Ngoc Long, Tran Van Khai, “Effect of experimental parameters on structure and properties of Molybdenum disulfide synthesized by hydrothermal method”, Vietnam Journal of Chemistry, 2019 Trang 144 ... PARAMETERS (pH VALUES AND THE RATIO OF CONCENTRATION OF PRECURSORS) ON THE STRUCTURE AND THE OPTICAL PROPERTY OF MOLYBDENUM DISULFIDE NANOMATERIAL SYNTHESIZED BY HYDROTHERMAL METHOD) Nhiệm vụ (yêu... research changes related to structure and properties, especially optical property of MoS2 with variations pH values and the ratio of the concentation of precursors The products obtained were nanosheets... Molydenum disulfide (MoS2) has gained remarkable attention due to its structure with a bandgap and this bandgap modulation could be tunable with a decrease of the number of layers Bandgap of MoS2