ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA MOS2-GO

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
BỘ MÔN KIM LOẠI VÀ HỢP KIM

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN
TỔNG HỢP ĐẾN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
CỦA NANO COMPOSITE MoS2/GRAPHENE
OXIT BẰNG PHƢƠNG PHÁP THUỶ NHIỆT

GVHD: T.S TRẦN VĂN KHẢI
SVTH: NGUYỄN HÙNG NHÂN

MSSV: V1202523

TP.HCM, Tháng 6 năm 2018


Trường ĐH Bách Khoa

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Ðộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

Khoa công nghệ vật liệu

-------------------------------------TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2018

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
BỘ MÔN: Kim Loại và Hợp Kim

LỚP: VL12KI

HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN HÙNG NHÂN

MSSV: V1202523

1 – Tên luận văn:
NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA THỜI GIAN TỔNG HỢP ĐẾN CẤU TRÚC
VÀ TÍNH CHẤT CỦA NANO COMPOSITE MoS2/GRAPHENE OXIT BẰNG
PHƢƠNG PHÁP THUỶ NHIỆT.
2 - Nhiệm vụ:
–

Hồn thành quy trình thực nghiệm tổng hợp nano composite MoS2/Graphene
oxit bằng phương pháp thuỷ nhiệt.

–

Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến cấu trúc và tính chất của vật liệu thu
được bằng các phương pháp phân tích : Phổ XRD, phổ Raman, phổ UV, phổ
PL, phổ EDS, ảnh TEM và ảnh SEM.

–

Đánh giá tính chất quang của vật liệu MoS2/Graphene oxit vừa tổng hợp được.

3 - Ngày giao nhiệm vụ : 10/2/2018
4 - Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 10/6/2018
5 - Họ tên ngƣời hƣớng dẫn: T.S Trần Văn Khải

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

ii


Ðại học Quốc gia Tp.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ÐH BÁCH KHOA

Ðộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-------------------------------------TP. Hồ Chí Minh, ngày 13 tháng 6 năm 2018

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(Dành cho người hướng dẫn)
1.

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hùng Nhân
Chuyên ngành: Kim loại và hợp kim

MSSV: V1202523
2.

Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp đến cấu trúc và tính chất của
nano composite MoS2/Graphene oxit bằng phương pháp thuỷ nhiệt.

3.

Họ và tên giảng viên hƣớng dẫn: TS. Trần Văn Khải

4.

Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

: 122

Số chương

:5

Số bảng số liệu

: 17

Số hình ảnh

: 92

Số liệu tham khảo

: 139

Phần mềm tính tốn : 2

Hiện vật (Sản phẩm) : 0
5.

6.

Tổng quát về bản vẽ:
Số bản vẽ

:0

Số bản vẽ tay

:0

Số bản vẽ bằng máy tính: 0

Những ƣu điểm chính của LVTN:
- Quá trình thực hiện luận văn sinh viên đã rất chăm chỉ, chịu khó và có khả năng
làm nghiên cứu khoa học.
- Luận văn đã thực hiện quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu nano composite
MoS2/Graphene oxit bằng phương pháp thuỷ nhiệt đúng yêu cầu đặt ra.
- Vật liệu chế tạo ra có thành phần và tính chất rõ ràng Mo:S = 1: 2.13 với cấu trúc
tấm từ 3 -5 lớp và bề rộng từ 40 – 50 nm.

iii

- Luận văn đã sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại như: XRD, SEM, TEM,
EDS, RAMAN, PL, UV. Kết quả luận văn có độ tin cậy cao và khả năng ứng dụng
trong một số lĩnh vực như: điện – điện tử, vật liệu chuyển đổi năng lượng,…
7. Những thiếu sót chính của LVTN:
-

Vì lý do thời gian và trang thiết bị hạn chế nên luận văn chưa thể khảo sát các
điều kiện khác ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất vật liệu như: nồng độ, áp
suất, tốc độ khuấy,…

-

Sinh viên cần lưu ý về kỹ năng xử lý kết quả và dữ liệu.

8. Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ 

Không được bảo vệ 

9. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng (CBPB ra ít nhất 2 câu):
a) Hãy so sánh kết quả vật liệu đã tổng hợp với những kết quả nghiên cứu trên thế
giới?
b) Trình bày phương pháp xác định thành phần hố thơng qua phổ EDS?
c) Dựa vào đâu để xác định số lớp của vật liệu nano đã tổng hợp được?
Đánh giá chung (Bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm (thang điểm 10):_____/10

Ký tên (ghi rõ họ tên)

iv

Ðại học Quốc gia Tp.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Trường ÐH BÁCH KHOA

Ðộc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

-------------------------------------TP. Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 6 năm 2018

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
(Dành cho người phản biện)
1.

Họ và tên sinh viên: Nguyễn Hùng Nhân
Chuyên ngành: Kim loại và hợp kim

MSSV: V1202523
2.

Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tổng hợp đến cấu trúc và tính chất của
nano composite MoS2/Graphene oxit bằng phương pháp thuỷ nhiệt.

3.

Họ và tên giảng viên phản biện: TS. Huỳnh Công Khanh

4.

Tổng quát về bản thuyết minh:

Số trang

: 122

Số chương

:5

Số bảng số liệu

: 17

Số hình ảnh

: 92

Số liệu tham khảo

: 139

Phần mềm tính tốn : 2

Hiện vật (Sản phẩm) : 0
5.

6.

Tổng quát về bản vẽ:
Số bản vẽ

:0

Số bản vẽ tay

:0

Số bản vẽ bằng máy tính: 0

Nhận xét: ............................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

v


......................................................................................................................................
7. Đề nghị: Được bảo vệ  Bổ sung thêm để bảo vệ 

Không được bảo vệ 

8. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc hội đồng (CBPB ra ít nhất 2 câu):
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
9. Đánh giá chung (Bằng chữ: giỏi, khá, TB):…………
10. Điểm (thang điểm 10):……........../10

Ký tên (ghi rõ họ tên)

vi


LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp này là kết quả của những tháng năm học tập nghiên cứu. Kết
quả này sẽ khơng hồn thành tốt nếu khơng nhờ sự giúp đỡ tận tình của thầy cơ và bạn
bè.
Trước tiên, em xin chân thành cám ơn đến thầy T.S Trần Văn Khải đã nhiệt tình
hướng dẫn em trong quá trình làm luận văn. Sự hướng dẫn quý báu của thầy thực sự đã
giúp em rất nhiều trong q trình hồn thành luận văn. Thầy đã truyền thụ cho em nhiều
kiến thức chun mơn cũng như thực tế, giúp ích cho luận văn của em.
Em cũng xin cám ơn quý thầy cô trong ngành Kim Loại và Hợp Kim đã dạy dỗ
em qua những chương trình chuyên ngành. Những kiến thức của thầy cơ là nền tảng để
em có đủ cơ sở đề hoàn thành luận văn một cách tốt nhất.
Cuối cùng em xin cám ơn các bạn bè học chung đã giúp em trong q trình hồn

thành luận văn này thuận lợi.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn sự đóng góp và giúp đỡ của tất cả mọi
người.
Tp.HCM, ngày 15 tháng 6 năm 2018
Xin chân thành cảm ơn

Nguyễn Hùng Nhân

vii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Ngày nay với nhu cầu năng lượng và nhiên liệu ngày càng gia tăng. Địi hỏi có
những loại vật liệu mới thay thế, có thể đáp ứng được các yêu cầu công nghệ tiên tiến
như: tiết kiệm điện năng, lưu trữ lâu, truyền dẫn tốt, v.v. Để đạt được các đặc tính ưu
việt đó, vật liệu cần đạt được cấu trúc tinh thể ở kích thước nano. Tuy nhiên, để tổng
hợp được vật liệu ở dạng nano khơng hề đơn giản, nó cịn phụ thuộc vào việc lựa chọn
các yếu tố như: thời gian, nhiệt độ, nồng độ,… để có thể tổng hợp thành cơng vật liệu ở
dạng nano . Do đó, trong luận văn tốt nghiệp lần này, dựa vào các thiết bị có sẵn ở
phịng thí nghiệm trường đại học Bách Khoa tp.HCM và hố chất do khoa công nghệ
vật liệu cung cấp, tôi quyết định lựa chọn “Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian tổng
hợp đến cấu trúc và tính chất của nano composite MoS2/Graphene oxit bằng phƣơng
pháp thuỷ nhiệt”
Luận văn tốt nghiệp dưới đây: Với cơ sở là dựa trên các thí nghiệm thực tế của các
luận văn khoá trước tại trường đại học Bách Khoa, đã tổng hợp trước đây. Dựa vào đó,
xác định khoảng thời gian hợp lý và tối ưu nhất để tiến hành thực hiện các thí nghiệm,
với các khoảng thời gian khác nhau, xoay quanh khoảng thời gian tốt nhất. Với các mục
tiêu đề ra:
 Hoàn thành quy trình tổng hợp nano composite MoS2/Graphene oxit bằng
phương pháp thuỷ nhiệt.

 Đánh giá ảnh hưởng của thời gian đến cấu trúc và tính chất của nano composite
MoS2/Graphene oxit trong giới hạn thời gian đề ra, bằng các kết quả phân tích
(XRD, SEM, TEM, PL, UV, RAMAN, EDS) thu được.

viii


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN ………………………………………………………………………ii
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ................................................ iii
PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP .................................................. v
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................vii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ............................................................................................... viii
MỤC LỤC .......................................................................................................................ix
DANH SÁCH HÌNH ......................................................................................................xi
DANH SÁCH BẢNG ................................................................................................... xvi
CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU ...................................................................................................1
1.1.

Đặt vấn đề ................................................................................................... 1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................... 3

1.3.

Tính mới của đề tài .................................................................................... 4

1.4.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ................................................................... 4

1.5.

Phạm vi nghiên cứu: .................................................................................. 5

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN ..........................................................................................6
2.1.

Giới thiệu và quy trình tổng hợp MoS2 .................................................... 6

2.2.

Giới thiệu và quy trình tổng hợp Graphene .......................................... 21

2.3.

Các phƣơng pháp tổng hợp vật liệu MoS2/Graphene ........................... 29

2.4.

Lý do chọn phƣơng pháp thuỷ nhiệt ...................................................... 37

2.5.

Cấu trúc và tính chất của vật liệu MoS2/Graphene oxit ....................... 37

CHƢƠNG III: THỰC NGHIỆM .................................................................................41
3.1.

Lý thuyết quy trình tổng hợp vật liệu .................................................... 41

3.2.

Hoá chất và thiết bị .................................................................................. 44

3.3. Quy trình thực nghiệm ............................................................................... 52
3.4.

Phƣơng pháp phân tích cấu trúc và tính chất ....................................... 53

3.5. Tiến hành thí nghiệm................................................................................... 59
CHƢƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..................................................................65

ix


4.1.

Kết quả phân tích thu đƣợc..................................................................... 65

4.2.

Tính chất quang của vật liệu thu đƣợc................................................. 102

CHƢƠNG V: KẾT LUẬN ......................................................................................... 104
5.1.

Kết luận ................................................................................................... 104

5.2.

Thuận lợi ................................................................................................. 104

5.3.

Khó khăn ................................................................................................. 105

5.4.

Hƣớng phát triển tƣơng lai ................................................................... 105

TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 106

x


DANH SÁCH HÌNH
Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc mạng tinh thể graphene (a) và MoS2 đơn lớp (b) ............... 2
Hình 1.2: Mơ hình cấu trúc vật liệu kết hợp MoS2/graphene ........................................ 3
Hình 2.1: Molybden disulfua ở thể rắn ......................................................................... 6
Hình 2.2: Cấu trúc tinh thể của vật liệu MoS2 ............................................................... 8
Hình 2.3: Khoảng cách giữa hai lớp Molybden disulfua............................................... 9
Hình 2.4: (a) cấu trúc lục giác của lớp S và lớp Mo; (b) minh họa sơ đồ mặt cắt của cấu
trúc loại 1T / 2H / 3R của MoS2; (c) cho biết số lớp trong một đơn vị lặp lại. .............. 10
Hình 2.5: Cấu trúc đơn lớp của MoS2 .......................................................................... 12
Hình 2.6: Cấu trúc miền năng lượng và các tính chất điện của MoS2........................... 14
Hình 2.7: Sơ đồ minh hoạ sự tạo thành MoS2 bằng phương pháp thuỷ nhiệt ............... 17
Hình 2.8: Một ống dầu nhớt than chì với phụ gia molybden disulfide ......................... 18

Hình 2.9: Một pin ion Lithium dùng cho điện thoại di động Nokia 3310 ..................... 19
Hình 2.10: Cảm biến khí sử dụng thiết bị MoS2. ......................................................... 20
Hình 2.11: Cấu trúc của graphene oxit .......................................................................... 21
Hình 2.12: Mơ hình cấu trúc mạng tinh thể và miền năng lượng của graphene .......... 22
Hình 2.13: Pin G-King làm bằng vật liệu graphene có thể sạc đầy 4.800 mAh trong
vịng 15 phút của cơng ty Dongxu Optoelecttronics ...................................................... 26
Hình 2.14: Mơ hình cấu trúc vật liệu kết hợp ................................................................ 38
Hình 2.15: Cơ chế hình thành của MoS2 trên nền graphene ......................................... 39

xi


Hình 3.1: Mơ hình tương tác giữa các cụm ngun tử Mo, S với các tâm hoạt động trên
tấm graphene để tạo liên kết ........................................................................................... 43
Hình 3.2: Cơ chế phát triển các lớp MoS2 trên graphene .............................................. 43
Hình 3.3: Quy trình nghiên cứu tổng hợp vật liệu MoS2/graphene .............................. 44
Hình 3.4: Mẫu graphene oxit ban đầu ........................................................................... 44
Hình 3.5: Na2MoO4.2H2O (Natri molybdate dehydrate); Ethanol 99%; NH2CSNH2
(Thiourea). ...................................................................................................................... 45
Hình 3.6: Nước cất; Graphene oxit; HCl ....................................................................... 46
Hình 3.7: Cân điện tử Precia.......................................................................................... 46
Hình 3.8: Bể đánh sóng siêu âm .................................................................................... 47
Hình 3.9: bếp nung khuấy điện từ ................................................................................. 47
Hình 3.10: Máy thuỷ nhiệt AISET ................................................................................ 48
Hình 3.11: Cấu tạo nỗi hấp thuỷ nhiệt ........................................................................... 48
Hình 3.12: Lị sấy .......................................................................................................... 49
Hình 3.13: Máy ly tâm Z206A Hermle của Đức ........................................................... 50
Hình 3.14: Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu MoS2/graphene ...................................... 52
Hình 3.15: Máy nhiễu xa tia X (XRD) ......................................................................... 54
Hình 3.16: Thiết bị đo raman ......................................................................................... 55

Hình 3.17: Kính hiển vi điện trử qt (SEM) ................................................................ 56
Hình 3.18: Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................... 57
Hình 3.19: Máy quang phát quang (PL) ........................................................................ 58
Hình 3.20: Máy phản xa khuếch tán xạ ngoại khả kiến (UV) ...................................... 58

xii


Hình 3.21: Các bước thực nghiệm ................................................................................. 63
Hình 3.22: Hình ảnh mẫu sau khi thuỷ nhiệt ................................................................. 64
Hình 3.23: Hình ảnh mẫu sau khi ly tâm ....................................................................... 64
Hình 3.24: Hình ảnh mãu sau khi sấy ............................................................................ 64
Hình 4.1: Phổ XRD của mẫu số 1 (8h – 180oC) ............................................................ 65
Hình 4.2: Phổ XRD của mẫu số 2 (16h – 180oC) .......................................................... 65
Hình 4.3: Phổ XRD của mẫu số 3 (24h – 180oC) .......................................................... 66
Hình 4.4: Phổ XRD của mẫu số 4 (8h – 240oC) ............................................................ 66
Hình 4.5: Phổ XRD của mẫu số 5 (16h – 240oC) .......................................................... 67
Hình 4.6: Phổ XRD của mẫu số 6 (24h – 240oC) .......................................................... 67
Hình 4.7: Phổ XRD của mẫu graphene oxit (24h – 240oC) .......................................... 68
Hình 4.8: Phổ XRD của graphene oxit và MoS2/Graphene oxit tham khảo ................. 68
Hình 4.9: Phổ XRD của 3 mẫu cùng nhiệt độ 180oC và thời giant hay đổi .................. 69
Hình 4.10: Phổ XRD của 3 mẫu cùng nhiệt độ 240oC và thời gian thay đổi ................ 69
Hình 4.11: Ảnh SEM của mẫu số 5 (240oC, 16h) ......................................................... 74
Hình 4.12: Ảnh SEM của mẫu số 5 (240oC, 16h) ......................................................... 75
Hình 4.13: Ảnh SEM của mẫu số 5 (240oC, 16h) ......................................................... 75
Hình 4.14: Ảnh SEM của mẫu số 5 (240oC, 16h) ......................................................... 76
Hình 4.15: Ảnh SEM của mẫu số 6 (240oC, 24h) ......................................................... 77
Hình 4.16: Ảnh SEM của mẫu số 6 (240oC, 24h) ......................................................... 77
Hình 4.17: Ảnh SEM của mẫu số 6 (240oC, 24h) ......................................................... 78
Hình 4.18: Ảnh SEM của mẫu số 6 (240oC, 24h) ......................................................... 78

xiii


Hình 4.19: Phổ phân tích thành phần hố của mẫu 6 (240oC – 24h) ............................ 79
Hình 4.20: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 81
Hình 4.21: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 82
Hình 4.22: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 82
Hình 4.23: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 83
Hình 4.24: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 83
Hình 4.25: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 84
Hình 4.26: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 84
Hình 4.27: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 85
Hình 4.28: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 85
Hình 4.29: Ảnh TEM của mẫu số 6 (240oC – 24h) ....................................................... 86
Hình 4.30: Phổ raman của graphene oxit (a) và phổ xác định số lớp graphene oxit (b) 87
Hình 4.31: Phổ raman của MoS2/graphene oxit tham khảo .......................................... 87
Hình 4.32: Phổ raman dùng để xác định số lớp của MoS2 ............................................ 88
Hình 4.33: Phổ raman tồn bộ của mẫu 5 (240oC – 16h) .............................................. 89
Hình 4.34: Phổ raman vùng MoS2 của mẫu 5 (240oC – 16h) ........................................ 89
Hình 4.35: Phổ raman vùng graphene oxit của mẫu 5 (240oC – 16h) ........................... 90
Hình 4.36: Phổ raman tồn bộ của mẫu 6 (240oC – 24h) .............................................. 91
Hình 4.37: Phổ raman vùng MoS2 của mẫu 6 (240oC – 24h) ........................................ 91
Hình 4.38: Phổ raman vùng graphene oxit của mẫu 6 (240oC – 24h) ........................... 92
Hình 4.39: Phổ PL của MoS2/Graphene oxit của bài báo tham khảo............................ 93
Hình 4.40: Phổ PL vùng nhảy MoS2/Graphene oxit của mẫu số 3 (24h – 180oc)......... 94

xiv

Hình 4.41: Phổ PL vùng nhảy MoS2/Graphene oxit của mẫu số 5 (16h – 240oc)......... 95
Hình 4.42: Phổ PL vùng nhảy MoS2/Graphene oxit của mẫu số 6 (24h – 240oc)......... 96
Hình 4.43: Phổ UV – vis Graphene oxit của bài báo tham khảo................................... 97
Hình 4.44: Phổ UV – vis MoS2/Graphene oxit của bài báo tham khảo ........................ 97
Hình 4.45: Phổ UV – vis của mẫu số 3 (180oC – 24h) .................................................. 98
Hình 4.46: Phổ UV – vis của mẫu số 5 (240oC – 16h) .................................................. 99
Hình 4.47: Phổ UV – vis của mẫu số 6 (240oC – 24h) ............................................... 101
Hình 4.48: Vùng năng lượng của MoS2/Graphene oxit trong phổ PL ....................... 102

xv


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 2.1: Một vài thông số đặc trưng của Molybden disulfua........................................7
Bảng 2.2: So sánh Modun đàn hồi và ứng suất phá huỷ của các vật liệu ..................... 15
Bảng 2.3: Giá trị điện trở và độ nhạy khí NH3 tương ứng với các màng graphene (khử
nhiệt) ............................................................................................................................... 28
Bảng 2.4: Giá trị điện trở và độ nhau khí NH3 tương ứng của các màng graphene (Khử
hydrazine + nhiệt) ........................................................................................................... 28
Bảng 2.5: Một số kết quả nghiên cứu về vật liệu kết hợp MoS2-Graphene .................. 33
Bảng 3.1: Số liệu thí nghiệm của luận văn tham khảo .................................................. 59
Bảng 3.2: Thông số mẫu số 1 ........................................................................................ 60
Bảng 3.3: Thông số mẫu số 2 ........................................................................................ 61
Bảng 3.4: Thông số mẫu số 3 ........................................................................................ 61
Bảng 3.5: Thông số mẫu số 4 ........................................................................................ 61
Bảng 3.6: Thông số mẫu số 5 ........................................................................................ 62
Bảng 3.7: Thông số mẫu số 6 ........................................................................................ 62
Bảng 4.1: Nhận xét kết quả các phổ XRD thu được ...................................................... 71
Bảng 4.2: Thành phần hoá học của mẫu số 6 (240oC -24h) .......................................... 80
Bảng 4.3: Kết quả của phổ UV – Vis mẫu số 3 ............................................................. 99

Bảng 4.4: Kết quả của phổ UV – Vis mẫu số 5 .......................................................... 100
Bảng 4.5: Kết quả của phổ UV – Vis mẫu số 6 .......................................................... 102

xvi


DANH SÁC CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH

Nghĩa tiếng việt

Thuật ngữ tiếng anh

Kính hiển vi điện tử quét

Scanning Electron Microscopy (SEM)
X – Ray Diffraction (XRD)

Nhiễu xạ tia X

PL – Photoluminescence

Phổ quang phát quang

Raman Scattering Spectrocopy

Phổ tán xạ Raman

Tranmission Electron Microscopy (TEM)

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV – Vis

Phổ hấp thu ánh sáng khả kiến và tử ngoại

Chemical Vapour Deposition (CVD)

Ngưng tụ hơi hoá học

CNTs (Cacbon Nanotubes)

Ống cacbon

Trasition Metal Dichalcogenides – TNDs

Kim loại chuyển tiếp

Teflon – lined stainless steel autoclave

Bình thép khơng gỉ có lớp Teflon

Nanoparticles (NPs)

Hạt nano

Chemical Solvent Exfoliations

Bóc tách bằng dung dịch hoá học

Top – down method

Phương pháp trên – xuống

Bottom – up method

Phương pháp dưới – lên

Field – Effect transitors (FETs)

Transitors hiệu ứng trường

Chemical Synthesis

Tổng hợp hoá học

Hexagonal structure

Cấu trúc lục giác xếp chặt

Mechanical Exfoliation

Tách bóc cơ học

xvii


CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU
1.1.

Đặt vấn đề

Vật liệu oxit bán dẫn hiện nay đã và đang được quan tâm nghiên cứu rộng rãi, do
nó có nhiều đặc tính và cấu trúc phù hợp để ứng dụng trong lĩnh vực chế tạo linh kiện
điện tử. Các cơng trình nghiên cứu khoa học về các sản phẩm loại này được công bố
ngày càng nhiều. Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới tiếp tục khám phá về loại vật
liệu này nhằm tìm ra loại linh kiện điện tử chất lượng cao đáp ứng nhu cầu trong cuộc
sống. MoS2/graphene oxit là một trong những vật liệu có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau của khoa học đời sống. MoS2 /graphene oxit có vùng cấm thẳng và hẹp tính
truyền qua cao, tính dẫn điện và hoạt động hóa học mạnh. Đây là tính chất hấp dẫn của
vật liệu MoS2/graphene oxit để tạo ra khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như: chế
tạo điện cực, pin mặt trời, lớp phủ trong suốt, pin Lithium, gương phản xạ nhiệt,
cảm biến khí, chất xúc tác, các linh kiện quang học (diod phát quang, lazer
diod),... Đặc biệt, do sự khác nhau về kích thước hạt, nồng độ nút khuyết và tính chất
điện, vật liệu MoS2/graphene oxit tỏ ra là vật liệu có triển vọng cao và chiếm ưu thế
trong các sản phẩm đã được thương mại hóa, nhất là trong lĩnh vực cảm biến và vật
liệu xúc tác. Vật liệu MoS2/graphene oxit cấu trúc nano được chế tạo từ nhiều phương
pháp khác nhau như: phương pháp sol-gel, bốc bay nhiệt chân khơng, thủy nhiệt,
phún xạ,... Trong đó, phương pháp thủy nhiệt với đặc điểm chế tạo được các hạt nano
kích thước đồng đều, có thể điều khiển kích thước hạt, không cần xử lý nhiệt ở nhiệt độ
cao và phù hợp với các điều kiện sẵn có của phịng thí nghiệm, nên em chọn phương

1


CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

pháp thủy nhiệt để nghiên cứu chế tạo vật liệu MoS2/graphene oxit cấu trúc nano để
phục vụ cho việc chế tạo các linh kiện điện tử, cảm biến khí chất lượng cao được sản
xuất tại Việt Nam. Vì những lý do trên nên em chọn đề tài luận văn tốt nghiệp “Nghiên
cứu ảnh hƣởng của thời gian tổng hợp đến cấu trúc và tính chất của nano composite
MoS2/Graphene oxit bằng phƣơng pháp thuỷ nhiệt”
Vật liệu kết hợp hợp MoS2/Graphene: Các nghiên cứu gần đây trên thế giới cho thấy
rằng cấu trúc kết hợp từ vật liệu tấm kích thước nano MoS2(Molybdenum Disulfide) và
graphene hoặc dẫn xuất của graphene [1][2] cho thấy cấu trúc vật liệu có sự thay đổi
mới, có nhiều ưu điểm và đặc tính mới mẻ mà các nhà khoa học đang quan tâm.
b

a

a = 2,46 ; b = 1,42 (Å)

a = 3,09 ; b= 2,39 (Å)

Hình 1.1 Mơ hình cấu trúc mạng tinh thể graphene (a) và MoS2 đơn lớp (b)[3]
Hình 1.1 [3] ta thấy sự tương đồng về kiểu và thông số mạng tinh thể giữa graphene
và MoS2 làm cơ sở cho khả năng kết hợp hai vật liệu dạng lớp này để tạo ra một cấu
trúc mới với nhiều tính chất đáp ứng cho các ứng dụng làm điện cực, cảm biến và lưu
trữ năng lượng.
Cấu trúc này có thể tăng mật độ phân tán của MoS2 tức tăng bề mặt tương tác giữa
các lớp MoS2 và chất điện giải để tăng điện dung và mật độ năng lượng của cả hệ đồng

2

CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

thời tăng độ dẫn điện và cơ tính [5] và của vật liệu tổng hợp được. Hình 1.2 [6] trình
bày mơ hình cấu trúc vật liệu kết hợp từ MoS2 và graphene.
a

b

c
Graphene

MoS2

Hình 1.2: Mơ hình cấu trúc vật liệu kết hợp MoS2/graphene [6]
a– Graphene; b– MoS2; c– Vật liệu kết hợp MoS2/graphene

1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn này sẽ nghiên cứu tổng hợp vật liệu nanocomposite MoS2/graphene oxit
bằng phương pháp thuỷ nhiệt, với điều kiện kỹ thuật, thiết bị phịng thí nghiệm đại học
Bách Khoa Tp.HCM. Mục tiêu cụ thể gồm:
 Đánh giá ảnh hưởng của thời gian lên quá trình tổng hợp vật liệu nano
composite MoS2/Graphene oxit trong giới hạn thời gian đề ra, bằng các kết quả
phân tích (XRD, SEM, TEM, PL, UV, RAMAN, EDS) thu được.
 Xác định cấu trúc vật liệu thu được và đánh giá tính chất quang của vật liệu
MoS2/Graphene oxit.
 Nhận xét ưu/ nhược điểm của phương pháp thuỷ nhiệt khi tổng hợp vật liệu
nano composite

3


CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1.3. Tính mới của đề tài
-

Vật liệu nanocomposite MoS2/graphene oxit là dạng vật liệu mới hiện nay (Nextgenaration Materials) [7] đối với Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung. Đây
cũng là hướng nghiêng cứu rất mới trong lĩnh vực Công nghệ Vật liệu ở Việt
Nam.

-

Vật liệu composite MoS2/graphene oxit được tổng hợp theo phương pháp thủy
nhiệt (Autoclaved), phù hợp điều kiện kỹ thuật, thiết bị hiện tại của cơ sở.

1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
-

Ý nghĩa khoa học: Kết quả của luận văn sẽ cung cấp cơ sở lý thuyết về thời gian
và nhiệt độ trong định hướng tổng hợp vật liệu nano composite MoS2/Graphene
oxit. Ngoài ra kết quả nghiên cứu thực tiếp, số liệu thực nghiệm của luận văn có
giá trị tham khảo cho các luận văn kế tiếp. Từ đó đóng góp cơ sở dữ liệu cho các
lĩnh vực khoa học và kỹ thuật liên quan.

-

Ý nghĩa thực tiễn: Đóng góp các số liệu thực nghiệm và kinh nghiệm có được
mà bản thân thấy khả thi trong quá trình tổng hợp vật liệu nanocomposite
MoS2/Graphene oxit cho lĩnh vực lưu trữ, chuyển hóa năng lượng, cảm biến
bằng các phương pháp thuỷ nhiệt. Từ đó, góp phần giải quyết vấn đề cấp thiết
cho nhu cầu về năng lượng, lưu trữ thiết bị, chuyển hóa năng lượng phục vụ cho
các lĩnh vực trong cuộc sống.

4


CHƢƠNG I: MỞ ĐẦU

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

1.5. Phạm vi nghiên cứu:
-

Nghiên cứu tổng hợp cấu trúc vật liệu MoS2/Graphene oxit theo các thông số:
nhiệt độ, thời gian, và tỷ lệ hợp chất.

-

Đánh giá tính chất và cấu trúc của vật liệu MoS2/Graphene oxit thu được

-

Tính chất quang của vật liệu MoS2/Graphene oxit

-

Thời gian nghiên cứu một học kỳ (4 tháng)

5


CHƢƠNG II: TỔNG QUAN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN
2.1.

Giới thiệu và quy trình tổng hợp MoS2
 Giới thiệu:

Molybden disulfua là một hợp chất vô cơ bao gồm molydbden và lưu huỳnh. Cơng
thức hố học của nó là MoS2. Hợp chất này được phân loại là một dihalcogenide kim
loại chuyển tiếp. Nó là một chất rắn màu đen bạc điển hình là khống chất molybdenit,
một quặng chính của molybden. Molybden disulfua tương đối trơ, nó khơng bị ảnh
hưởng bởi axit lỗng hay oxy. Về bề ngồi và đặc tính, disulfide molybden cũng tương
tự như than chì. Nó được sử dụng rộng rãi như một chất bơi trơn khơ vì có tính ma sát
và độ bền thấp. Ngồi ra, Molybden disulfua là một chất bán dẫn gián tiếp, tương tự
như silic với băng tần là 1,23eV.
Molybden disulfua được trong tự nhiên tồn tại trong các khoáng chất như
molybdenite dạng tinh thể, jordisit, dạng molybdenite hiếm gặp ở nhiệt độ thấp. [4]

Hình 2.1: Molybden disulfua ở thể rắn [4]

6

CHƢƠNG II: TỔNG QUAN

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

Bảng 2.1: Một vài thơng số đặc trưng của Molybden disulfua
Tính dẫn điện

Bán dẫn [8]

Năng lượng vùng cấm

1.8 eV(đơn lớp), 1.29 (đa lớp) [9]

Độ nóng chảy

1185oC hoặc cao hơn [4]

Hệ số ma sát nạp/xả

0.15 [4]

 Cấu trúc tinh thể MoS2
Molybden disulfua – MoS2 thuộc nhóm dihalcogen kim loại chuyển tiếp
(Transition Metal Dichalcogenides – TMDs) có cấu trúc lớp dạng “sandwich” với ba
lớp nguyên tử S–Mo–S liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị bền trong từng lớp
theo cấu trúc sáu cạnh tương tự cấu trúc graphite,còn các lớp trong mạng tinh thể liên
kết khá yếu với nhau bằng liên kết Van Der Waals [10]. Hình 2.3 [11] giới thiệu mơ
hình cấu trúc tinh thể của vật liệu MoS2.

7


CHƢƠNG II: TỔNG QUAN

a

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

b

S
Mo
c

Năng lượng

1T

2H

c

1T

2H | 3R

a

b

S
M
o

3R

Hình 2.2: Cấu trúc tinh thể của vật liệu MoS2
a- Mô hình cấu trúc MoS2 [12]; b- Mơ hình các dạng cấu trúc tinh thể của MoS2
(1T – Trigonal; 2H- Hexagonal; 3R – Rhombohedral) [13]; c- Cấu trúc năng
lượng của MoS2
Vật liệu MoS2 khối có ba dạng cấu trúc gồm 1T-MoS2 (Trigonal) với thông số
mạng tinh thể a = 5,60 Å và c = 6,5 Å [14]. Dạng thứ hai là 2H-MoS2(Hexagonal) với
thông số mạng a = 3,15 Å và c = 12,30 Å năng lượng vùng cấm (bandgap) là 1,29 eV;
và dạng thứ ba là 3R-MoS2 (Rhombohedral)với thông số mạng a = 3,17 Å và c = 18,38
Å.Nhưng MoS2 đơn lớp lại là một bán dẫn với năng lượng vùng cấm 1,8 eV [9]. Đối
với MoS2 dạng tấm vài lớp, khoảng cách giữa các đơn lớp mạng lân cận trong cùng tinh
thể khoảng 0,615 nm.

8