Molybdeendisulfide (MoS₂ ) is een zeer veelzijdig materiaal dat bijvoorbeeld kan functioneren als gassensor of als fotokatalysator bij de productie van groene waterstof. Hoewel het begrip van een materiaal meestal begint bij het onderzoeken van de kristallijne vorm ervan, voor MoS₂ Er zijn veel meer onderzoeken gewijd aan mono- en enkele-laags nanosheets.

De weinige onderzoeken die tot nu toe zijn uitgevoerd, laten uiteenlopende en niet-reproduceerbare resultaten zien voor de elektronische eigenschappen van gesplitste bulk MoS₂ oppervlakken, wat de noodzaak van een meer systematisch onderzoek benadrukt.

Dr. Erika Giangrisostomi en haar team bij HZB voerden een dergelijk systematisch onderzoek uit bij het LowDosePES-eindstation van de BESSY II-lichtbron. Ze gebruikten röntgenfoto-elektronenspectroscopietechniek om de elektronenenergieën op kernniveau in kaart te brengen over uitgestrekte oppervlakken van MoS₂ monsters. Met behulp van deze methode konden ze de veranderingen in de elektronische eigenschappen van het oppervlak volgen na in-situ ultrahoog vacuüm splijten, uitgloeien en blootstelling aan atomaire en moleculaire waterstof.

De resultaten van dit onderzoek wijzen op twee belangrijke bevindingen. Ten eerste onthult de studie op ondubbelzinnige wijze aanzienlijke variaties en instabiliteiten in de elektronenenergieën voor de vers gekloofde oppervlakken, wat aantoont hoe gemakkelijk het is om tot uiteenlopende en onreproduceerbare resultaten te komen. Ten tweede laat het onderzoek zien dat atomaire waterstofbehandeling bij kamertemperatuur opmerkelijk effectief is bij het neutraliseren van de elektronische inhomogeniteit en instabiliteit aan het oppervlak.

Dit wordt gerationaliseerd door het vermogen van waterstofatomen om een ​​elektron te accepteren of weg te geven, en vraagt ​​om verdere karakterisering van de functionele eigenschappen van het gehydrogeneerde materiaal. "We veronderstellen dat atomaire waterstof helpt bij het herschikken van zwavelvacatures en een teveel aan zwavelatomen, wat een meer geordende structuur oplevert", zegt Erika Giangrisostomi.

Deze studie markeert een fundamentele stap in het onderzoek naar MoS₂ . Vanwege het uitgebreide gebruik van MoS₂ in allerlei toepassingen hebben de bevindingen van dit onderzoek de potentie om een ​​breed publiek te bereiken op het gebied van elektronica, fotonica, sensoren en katalyse.

Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Materials Interfaces .

Meer informatie: Erika Giangrisostomi et al., Inhomogeniteit van gesplitste bulk MoS2 en compensatie van de onevenwichtigheden in de lading door waterstofbehandeling op kamertemperatuur, Geavanceerde materiaalinterfaces (2023). DOI:10.1002/admi.202300392

Aangeboden door Helmholtz Vereniging van Duitse Onderzoekscentra