De afbeelding toont de MoS2 roosterstructuur (groen: Mo, geel: S). Het materiaal na het splijten wordt op de voorgrond weergegeven, het oppervlak is gekarteld en de gemeten elektronische structuur van het oppervlak is inhomogeen (gekleurde kaart). Aan de achterkant bevindt zich het gespleten materiaal na blootstelling aan atomair waterstof (weergegeven door de witte ballen). De gemeten elektronische structuur van het oppervlak, weergegeven op de kaart, is homogener. Krediet: Martin Künsting / HZB
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, geldt 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 gesplitst 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 over uitgestrekte oppervlakken van MoS in kaart te brengen.2 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. ‘Wij 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.
De studie is gepubliceerd in het journaal Geavanceerde materiaalinterfaces.
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
Geleverd door Helmholtz Vereniging van Duitse Onderzoekscentra
