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

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: Công Nghệ Vật Liệu

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

---o0o---

---o0o--Ngày
tháng 6 năm 2018
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN : ĐẶNG ĐỨC DŨNG
MSSV : V1200603
NGÀNH
: Vật liệu Kim loại và Hợp kim
LỚP
: VL12KL
1. Đầu đề luận văn:
Ảnh hƣởng của thời gian lên cấu trúc và tính chất của vật liệu nano Molypdenum
disulfide tổng hợp bằng phƣơng pháp thuỷ nhiệt.
Nhiệm vụ (yêu cầu về nội dung và số liệu ban đầu):
- Luận văn thực hiện theo đúng nhiệm vụ và thời hạn đặt ra.
- Tìm hiểu lý thuyết về cơng nghệ vật liệu nano, cấu trúc, tính chất, các phƣơng pháp
chế tạo cũng nhƣ các ứng dụng của vật liệu nano MoS2.
- Nghiên cứu thực hiện và lập quy trình cơng nghệ chế tạo vật liệu nano Molypdenum
disulfide bằng phƣơng pháp thuỷ nhiệt.
- Nghiên cứu ảnh hƣởng của thời gian đến cấu trúc và tính chất của vật liệu đã tổng
hợp.

2. Ngày giao nhiệm vụ:
...........................................................................................................................................
3. Ngày hoàn thành nhiệm vụ:
...........................................................................................................................................
4. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn:
...................................................

Phần hƣớng dẫn:
..................................................

Ngày.........tháng.........năm 2017
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

i


TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: Công Nghệ Vật Liệu

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

---o0o---

---o0o--Ngày

tháng

năm 2017

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho ngƣời hƣớng dẫn)
1. Họ và tên SV: ĐẶNG ĐỨC DŨNG ..........................................................................
MSSV: V1200603 .......... Ngành (chuyên ngành): Vật liệu Kim loại và Hợp kim ..
2. Đề tài: Ảnh hƣởng của thời gian lên cấu trúc và tính chất của vật liệu nano
Molypdenum disulfide tổng hợp bằng phƣơng pháp thuỷ nhiệt.
3. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn/phản biện: .......................................................................
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

: ..................

Số chƣơng

: .................

Số bảng số liệu

: ..................

Số hình vẽ

: .................

Số tài liệu tham khảo

: ..................

Phần mềm tính tốn

: .................

Hiện vật (sản phẩm)

: ..................

5. Tổng quát về các bản vẽ :
- Số bản vẽ

: ............ bản A0 ........ bản A1 ..................................... khổ khác

- Số bản vẽ vẽ tay : .................................. Số bản vẽ trên máy tính: ..........................
6. Những ƣu điểm chính của LVTN: ...........................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
7. Những thiếu sót chính của LVTN: ..........................................................................
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
8. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ ‫ ٱ‬Bổ sung thêm để bảo vệ ‫ ٱ‬Không đƣợc bảo vệ ‫ ٱ‬

ii


.
9. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):
a. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
b. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
c. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ______/10
Ký tên
(ghi rõ họ tên)

iii


TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Khoa: Công Nghệ Vật Liệu

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

---o0o---

---o0o--Ngày

tháng

năm 2017

PHIẾU CHẤM BẢO VỆ LVTN
(Dành cho ngƣời phản biện)
1. Họ và tên SV: ĐẶNG ĐỨC DŨNG ...........................................................................
MSSV: V1200603 ........... Ngành (chuyên ngành): Vật liệu Kim loại và Hợp kim ..
2. Đề tài: Ảnh hƣởng của thời gian lên cấu trúc và tính chất của vật liệu nano
Molypdenum disulfide tổng hợp bằng phƣơng pháp thuỷ nhiệt.
3. Họ tên ngƣời hƣớng dẫn/phản biện: .......................................................................
4. Tổng quát về bản thuyết minh:
Số trang

: ..................

Số chƣơng

: .................

Số bảng số liệu

: ..................

Số hình vẽ

: .................

Số tài liệu tham khảo

: ..................

Phần mềm tính tốn

: .................

Hiện vật (sản phẩm)

: ..................

5. Tổng quát về các bản vẽ:
- Số bản vẽ

: ............ bản A0 ........ bản A1 ..................................... khổ khác

- Số bản vẽ vẽ tay : .................................. Số bản vẽ trên máy tính: ..........................
6. Những ƣu điểm chính của LVTN: ...........................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
7. Những thiếu sót chính của LVTN:
......................................................................................................................................

......................................................................................................................................
......................................................................................................................................
8. Đề nghị: Đƣợc bảo vệ . Bổ sung thêm để bảo vệ . Không đƣợc bảo vệ

iv


9. Câu hỏi sinh viên phải trả lời trƣớc Hội đồng (CBPB ra ít nhất 02 câu):
a. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
b. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
c. ............................................................................................................................
............................................................................................................................
Đánh giá chung (bằng chữ: giỏi, khá, TB): Điểm ______/10
Ký tên
(ghi rõ họ tên)

v


LỜI CẢM ƠN
Đƣợc sự phân công của quý thầy cô khoa Công nghệ vật liệu, trƣờng Đại học Bách
Khoa TP.HCM sau gần bốn tháng tìm tịi và nghiên cứu, chúng em đã hoàn thành luận
văn tốt nghiệp với đề tài “Nghiên cứu và tổng hợp vật liệu nano Molybdenum
Disulfide bằng phương pháp thủy nhiệt”.
Để hồn thành q trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này, lời đầu tiên chúng em
xin chân thành cảm ơn TS. Trần Văn Khải. Thầy đã trực tiếp chỉ bảo và hƣớng dẫn
chúng em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Những lời khuyên của thầy luôn giúp
cho chúng em nhận ra những sai sót và khắc phục một cách sớm nhất. Ngồi ra, chúng

em cịn có thêm rất nhiều kiến thức từ những kinh nghiệm thầy truyền đạt lại.
Chúng em xin cảm ơn Phịng Thí nghiệm Bộ mơn Kim loại Hợp kim Cơ sở 2 Đại học
Bách Khoa TP.HCM, vì đã hỗ trợ tận tình các trang thiết bị cần thiết để thực hiện đề
tài.
Bên cạnh đó, chúng em xin gửi lời cảm ơn đến q thầy cơ giáo tại Phịng Thí nghiệm
Hóa Phân tích trƣờng Đại học Sƣ Phạm Kỹ Thuật TP.HCM đã cho phép chúng em sử
dụng các thiết bị của phịng để hồn thành Luận văn.
Ngồi ra, chúng em cịn nhận đƣợc sự giúp đỡ nhiệt tình từ các bạn sinh viên Khoa
Cơng nghệ Vật liệu khi gặp khó khăn trong quá trình làm việc. Cám ơn và chúc các
bạn có một năm học thành cơng.
Sau tất cả kết quả mà chúng em đạt đƣợc không thể thiếu sự ủng hộ và trợ giúp của gia
đình. Gia đình là chỗ dựa vững chắc cho những bƣớc đệm của chúng em đến thành
công và đứng sau giúp đỡ chúng em những lúc khó khăn. Cảm ơn gia đình đã hỗ trợ
chúng em hoàn thành tốt luận văn.
Mặc dù chúng em đã cố gắng hết sức để hoàn thành luận văn một cách tốt nhất có thể
nhƣng cũng sẽ khơng tránh khỏi những sai sót. Chúng em mong sẽ nhận đƣợc những
nhận xét và ý kiến đóng góp để luận văn trở nên hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!
TP.HCM, tháng 06 năm 2018

Đặng Đức Dũng

vi


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay, với sự phát triển của khoa học và cơng nghệ, con ngƣời có thể kết nối với
thế giới một cách nhanh chóng và dễ dàng. Chính vì vậy, ngành thơng tin liên lạc đang
phát triển với tốc độ chóng mặt để đáp ứng nhu cầu ngày càng gia tăng từ ngƣời tiêu
dùng. Đó cũng là nguyên nhân khiến các công ty cố gắng tạo ra nhiều hơn những sản

phẩm tiên tiến nhất của họ. Và một trong những hƣớng nghiên cứu là rút ngắn thời
gian sạc pin cho những chiếc điện thoại.
Những loại pin trƣớc đó hoạt động tạo ra dòng điện bằng cách chuyển đổi từ dạng
năng lƣợng hóa sang điện năng tƣơng tự nhƣ acquy trong các thiết bị thông thƣờng
hằng ngày. Tuy nhiên, chúng khác nhau ở các chất hóa học. Nếu nhƣ acquy sử dụng
dung dịch điện phân là axit thì pin điện loại lại dùng một loại Gel ít rỉ hơn. Ngày nay,
chúng ta đang sử dụng loại phổ biến nhất: pin Lithium – ion.
Pin Lithium – ion gồm: dung dịch điện phân (chứa LiPF6, lƣợng nhỏ nƣớc để tránh
Li tác dụng với nƣớc và dung môi hữu cơ), cực dƣơng (Positive) còn gọi là Cathode
(chứa LiCoO2 và các nguyên tử Lithium sẽ tách ra khi có dịng điện tạo ion Li+), cực
âm (Negative) còn gọi là Anode (chứa grapheme (than chì) có nhiệm vụ giữ lại các ion
Li+ trong tinh thể) và màng cách điện để ngăn cách cực dƣơng và cực âm đƣợc làm
bằng nhựa polyethylene (PE) hoặc polypropylene (PP). Pin Lithium – ion có nhiều ƣu
điểm nhƣ chu kỳ nạp/xả lớn, sạc lúc nào cũng đƣợc mà ít ảnh hƣởng đến tuổi thọ của
pin trong thời gian ngắn. Nhƣng nó cũng khá nhiều hạn chế nhƣ: Pin Lithium – ion suy
giảm chất lƣợng theo thời gian dung dịch điện phân dễ gây nổ và một nhƣợc điểm
quan trọng nhất là thời gian sạc cũng khá dài so với nhu cầu ngày càng cao nhƣ ngày
nay.
Do đó, nhiều nghiên cứu đã đƣợc thực hiện, nhiều vật liệu để cụ thể hóa mong
muốn đó. Chúng ta có thể kể đến Graphene – một sản phẩm của Carbon, chúng đƣợc
kỳ vọng thay thế cho các loại pin cũ và cụ thể là một loại pin mới đã đƣợc tạo ra – pin
Graphene với chu kỳ nạp xả 3500 lần, tức gần gấp 7 lần so với loại pin Lithium – ion
thông thƣờng và có thể sạc đầy trong thời gian từ 13 đến 15 phút.
Nhƣng khoa học và sự phát triển khơng bao giờ có điểm dừng, trong gần một thập
kỉ gần đây, các siêu tụ điện lại nổi lên nhƣ một kiểu lƣu trữ năng lƣợng tiên tiến. Một

vii


loại vật liệu đang đƣợc nghiên cứu để tạo ra các siêu tụ điện là các muối sulfur của các

kim loại chuyển tiếp nhƣ: MoS2, SnS2, VS2, WS2, … Trong số đó, nano MoS2 đƣợc
quan tâm nhiều, ví cấu trúc đặc biệt của chúng. Tinh thể MoS2 chứa các lớp Molypden
đƣợc kẹp giữa bởi các giữa lƣu huỳnh kép, sau đó lại xếp chồng lên nhau bằng lực liên
kết phân tử Van der Waals để tạo thành một cấu trúc nhƣ Graphene. Cấu trúc đặc biệt
và tính chất tuyệt vời về cơ và điện làm cho nó đang là một trong những vật liệu đƣợc
quan tâm nhiều nhất.
Nhƣ trên đã giới thiệu vật liệu nano Molypden Disulfur (MoS2 đang là đối tƣợng
nghiên cứu hàng đầu hiện nay. Việc tổng hợp ra chúng có khá nhiều phƣơng pháp và
trong phạm vi Luận văn này, xin giới thiệu về phƣơng pháp thủy nhiệt.
MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN:
Nghiên cứu tổng hợp thành công nano Molypden Disulfur (MoS2) bằng phƣơng
pháp thủy nhiệt và khảo sát ảnh hƣởng của thời gian (T) đến tính chất của vật liệu và
q trình tổng hợp.

viii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 1. Một vài thơng số chính về tính chất của MoS2
Bảng 2. Thơng số hóa chất sử dụng
Bảng 3. Khối lƣợng các chất thực hiện thí nghiệm
Bảng 4. Kết quả phân tích thành phần các nguyên tố trong mẫu

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ
TIẾNG ANH
CVD
PVD

HAp
1T
2H
3R
XRD
SEM
SE
BSE
ESEM
FEG
EBSD
TEM
SAD
CBRD
FT-Raman
RF
EDX/EDS
STEM
AES
XPS
WDS
UV Vis
PL

Chemical Vapor Deposition: phƣơng pháp phủ hoá học.
Physical Vapor Deposition: phƣơng pháp phủ vật lý.
Hydroxyapatite: Ca10(PO4)6(OH)2
Tetragonal: cấu trúc tứ giác.
Hexagonal: cấu trúc lục giác
Rhombohedral: cấu trúc mặt thoi

X-ray Diffraction: nhiễu xạ tia X
Scanning Electron Microscopy
Secondary electrons: electron thứ cấp
Backscattered electrons: electron tán xạ ngƣợc
Environment Scanning Electron Microscope:
kính hiển vi điện tử quét môi trƣờng
Field Emission Gun: súng điện tử phát xạ trƣờng
Electron Backscattered Diffraction: nhiễu xạ điện tử tán xạ ngƣợc
Tranmission Electron Microscopy: kính hiển vi điện tử truyền qua
Selected Area Diffraction: chế độ nhiễu xạ vùng lựa chọn
Convergent – Beam Electron Diffraction:
Chế độ nhiễu xạ chùm electron hội tụ
Fourier Transform - Raman:
phổ Raman bằng phƣơng pháp biến đổi Fourier
Resonance Flurescence: sự huỳnh quang cộng hƣởng
Energy Dispersive X-ray Spectrometry: phổ tán xạ năng lƣợng tia X
Scanning Transmission Electron Microscope:
kính hiển vi điện tử quét truyền qua
Auger Electron Spectroscopy: Phổ điện tử Auger
X-ray Photoelectron Spectroscopy: Phổ huỳnh quang tia X
Wavelength-Dispersive X-ray Spectroscopy:
Phổ tán sắc bƣớc sóng tia X
Ultraviolet – Visible Spectroscopy:
Phổ hấp thu ánh sáng khả kiến và tử ngoại
Photoluminescence: Phổ quang phát quang

x


DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Cấu trúc 2D của Molypdenum Disulfide.
Hình 1.2 Khoảng cách giữa hai lớp tinh thể MoS2.
Hình 1.3 Các dạng cấu trúc của Molypden Disulfur.
Hình 1.4 So sánh cấu trúc của graphite và MoS2.
Hình 1.5 Cấu trúc dạng tinh thể 2D của một số chất khác.
Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể của MoS2 và các thông số.
Hình 1.7 Cơ chế phản ứng của MoS2 với H+.
Hình 1.8 Tính chất cơ học của nano MoS2
Hình 1.9 Những ứng dụng đa đạng của nano MoS2
Hình 2.1 Sơ đồ nhiễu xạ tia X bởi tinh thể.
Hình 2.2 Các bộ phận chính của kính hiển vi điện tử qt (SEM).
Hình 2.3 Sơ đồ về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét –
SEM và kính hiển vi điện tử truyền qua – TEM.
Hình 2.4 Các bƣớc tiến hành để chuẩn bị mẫu cho kính hiển vi điện tử truyền qua –
TEM.
Hình 2.5 Sơ đồ ngun lý ghi nhận tín hiệu phổ EDS trong TEM.
Hình 2.6 Bƣớc sóng giới hạn trong vùng ánh sáng nhìn thấy
Hình 2.7 Bƣớc sóng giới hạn của vùng tia tử ngoại.
Hình 3.1. Cân vi lƣợng bốn số lẻ.
Hình 3.2 Máy khuấy từ và gia nhiệt
Hình 3.3 Các bộ phận lị Autoclave cho hấp thủy nhiệt

xi


Hình 3.4 Lớp lót lị bằng Teflon
Hình 3.5 Máy ly tâm
Hình 3.6 Lị sấy (Dryer)
Hình 3.7 Quy trình thí nghiệm
Hình 3.8 Hỗn hợp gồm AHT + Acid citric đƣợc khuấy với cá từ

Hình 3.9 Đƣa dung dịch về pH = 4
Hình 3.10 Dung dịch AHT + Acid citric monohydrate + Thiourea
trƣớc khi khuấy lần hai
Hình 3.11 Khuấy dung dịch lần hai sau khi cho thêm Thiourea
Hình 3.12 Hỗn hợp sau khi khuấy để chuẩn bị nung trong lị Autoclave
Hình 3.13 Dung dịch sau khi nung và giữ nhiệt trong thời gian
và nhiệt độ khảo sát trong lị Autoclave
Hình 3.14 Dung dịch sau khi ly tâm
Hình 3.15 Sấy kết tủa thu đƣợc trong lị sấy
Hình 3.16 Bột nano MoS2 thu đƣợc cuối cùng
Hình 4.1 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ở các thời gian khác nhau
Hình 4.2 Kết quả phân tích thành phần hố (EDX)
Hình 4.3 Ảnh SEM của mẫu ở điều kiện thí nghiệm 160oC, tgn= 6h dƣới các góc độ
phóng đại 100nm – 200nm – 500nm - 1μm
Hình 4.4 Ảnh SEM của mẫu ở điều kiện thí nghiệm 160oC, tgn= 10h dƣới các góc độ
phóng đại 100nm – 200nm – 500nm - 1μm
Hình 4.5 Ảnh SEM của mẫu ở điều kiện thí nghiệm 160oC, tgn= 14h dƣới các góc độ
phóng đại 100nm – 200nm – 500nm - 1μm

xii


Hình 4.6 Ảnh TEM dƣới các góc độ phóng đại 20nm – 50nm – 100nm – 500nm
Hình 4.7 Phổ tán xạ Raman từ 300-800 cm-1của mẫu 6h
Hình 4.8 Phổ tán xạ Raman từ 340-440 cm-1của mẫu 6h
Hình 4.9 Phổ tán xạ Raman từ 300-800 cm-1của mẫu 10h
Hình 4.10 Phổ tán xạ Raman từ 300-440 cm-1của mẫu 10h
Hình 4.11 Phổ tán xạ Raman từ 300-800 cm-1của mẫu 14h
Hình 4.12 Phổ tán xạ Raman từ 300-440 cm-1của mẫu 14h
Hình 4.13 Hình ảnh phổ tán xạ Raman (Raman scattering Spectra) chuẩn của nano

molybdenum disulfide.
Hình 4.14 Kết quả phân tích phổ ánh sáng khả kiến và tử ngoại UV – Vis trong vùng
bƣớc sóng 250 – 1000nm
Hình 4.15 Phổ ánh sáng khả kiến và tử ngoại của vật liệu nano MoS2 trong khoảng
bƣớc song 600 – 700nm

xiii


xiv


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ............................................................... i
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ................................................................................................... vii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................ ix
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ TIẾNG ANH ............. x
DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH ......................................................................... xi
MỤC LỤC ........................................................................................................ xv
CHƯƠNG I: NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
TỔNG HỢP ....................................................................................................... 1
1.1 - Giới thiệu đôi nét về nano Molybdenum disulfide (MoS2)...................... 1
1.1.1 – Khái niệm, tình hình nghiên cứu. .................................................. 1
1.1.2 - Cấu trúc và tính chất....................................................................... 2
1.1.3 - Ứng dụng. ..................................................................................... 11
1.2 - Các phương pháp tổng hợp và lý do chọn phương pháp tổng hợp. ... 16
1.2.1 Các phương pháp tổng hợp đã được thực hiện. ......................... 16
1.2.2 – Lý do chọn phương pháp tổng hợp. ............................................ 22
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ VẬT LIỆU .......................... 24

2.1 Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction – XRD)................................................ 24
2.2 – Kính hiển vi điện tử quét (SEM – Scanning Electron Microscopy) ..... 26
2.2.1 – Cấu tạo. ....................................................................................... 27
2.2.2 – Nguyên lý hoạt động. ................................................................... 28
2.2.3 – Cách chuẩn bị mẫu: ..................................................................... 28
2.3 – Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM – Tranmission Electron
Microscope). ................................................................................................ 29
2.3.1 – Khái niệm ..................................................................................... 29
2.3.2 – Cấu tạo và nguyên lý hoạt động. ................................................. 30
2.3.3 – Cách chuẩn bị mẫu. ..................................................................... 32
2.4 - Phổ tán xạ Raman (Raman Scattering Spectroscopy). ....................... 33
2.5 – Phổ phân tích thành phần hóa học (EDX/EDS – Energy Dispersive Xray Spectrometry). ....................................................................................... 37
2.5.1 – Khái niệm và nguyên lý. ............................................................... 37

xv


2.5.2 – Thiết bị và nguyên lý ghi nhận tín hiệu EDS. ............................... 38
2.5.3 – Những biến thể của EDS. ............................................................ 39
2.6 - Phổ hấp thu ánh sáng khả kiến và tử ngoại (UV-Vis). ........................ 40
2.6.1 - Khái niệm và nguyên lý................................................................. 40
2.6.2 – Quang phổ kế UV-Vis và nguyên lý hoạt động. ........................... 41
2.7 – Phổ quang phát quang (PL – Photoluminescence). ........................... 43
2.7.1 – Khái niệm. .................................................................................... 43
2.7.2 – Nguyên lý tạo ra hiện tượng quang phát quang (PL). ................. 43
CHƯƠNG III:THIẾT BỊ VÀ QUY TRÌNH THÍ NGHIỆM ................................... 45
3.1 – Thiết bị thí nghiệm. ............................................................................. 45
3.1.1 – Cân vi lượng. ............................................................................... 45
3.1.2 – Thiết bị khuấy cá từ và gia nhiệt. ................................................. 46
3.1.3 – Nồi hấp thủy nhiệt (Autoclave): .................................................... 46

3.1.4 – Máy ly tâm. ................................................................................... 49
3.1.5 – Lị sấy (Dryer). ............................................................................. 50
3.2 – Hóa chất và quy trình thí nghiệm: ....................................................... 51
3.2.1 – Hóa chất ....................................................................................... 51
3.2.2 – Quy trình thí nghiệm. ................................................................... 52
3.2.3 – Khảo sát tại các nhiệt độ và thời gian thí nghiệm khác nhau trong
q trình thí nghiệm. ................................................................................ 58
CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ....................................................... 59
4.1 – Kết quả khảo sát vật liệu nano MoS2 tổng hợp được. ........................ 59
4.1.1 – Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X (XRD). ...................................... 59
4.1.2 – Kết quả phân tích thành phần hố (EDX). ................................... 60
4.1.3 – Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử quét (SEM). ..................... 61
4.1.4 – Kết quả phân tích kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). ........... 69
4.1.5 – Kết quả phân tích phổ tán xạ Raman .......................................... 71
4.1.6 – Kết quả phân tích ánh sáng khả kiến và tử ngoại (US – Vis
Spectroscopy) và phổ quang phát quang (PL – Photoluminescence). .... 76
4.2 – Bàn luận. ............................................................................................. 78
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN ................................................................................ 79
5.1 – Kết luận................................................................................................... 79
5.2 – Hướng phát triển của đề tài nghiên cứu. ................................................ 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 81
PHỤ LỤC ......................................................................................................... 85

xvi


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

CHƢƠNG I: NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ
CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

1.1 - Giới thiệu đôi nét về nano Molybdenum disulfide (MoS2)
1.1.1 – Khái niệm, tình hình nghiên cứu
a) Khái niệm:
- Molybdenum disulfide (MoS2) là vật liệu vô cơ gồm hai nguyên tố là Molybdene
(Mo) và lƣu huỳnh (S) có cấu trúc lớp gần nhƣ tƣơng tự với graphene, thuộc họ
dichalcogenides MX2 (M = Mo, W, ... và X = S, Se, …).

Hình 1.1 Cấu trúc 2D của Molypdenum Disulfide
b) Tính hình nghiên cứu:
- Trên thế giới: Số lƣợng các cơng trình nghiên cứu về nano MoS2 tăng ngày càng
nhanh ở rất nhiều quốc gia trong những năm gần đây. Số lƣợng này tuy vẫn cịn kém
so với các cơng trình về nano carbon nhƣng cho thấy xu hƣớng quan tâm ngày càng rõ
về loại vật liệu đầy tiềm năng này.
- Ở Việt Nam: Đã bắt đầu hình thành những nhóm quan tâm đến loại vật liệu này
nhƣng vẫn chƣa thấy xuất hiện công bố chính thức trên các tạp chí khoa học trong và
ngoài nƣớc.

Trang 1


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

1.1.2 - Cấu trúc và tính chất
** Cấu trúc:
- Thơng số mạng của tinh thể MoS2 dạng 2H lần lƣợt là: a = 0,326nm; c = 1,23nm;
khoảng cách giữa các lớp là khoảng 0,65nm.
- Molybdenum disulfide (MoS2) có cấu trúc hỗn hợp của ba dạng chính với cấu trúc
gần giống nhau: 1T (tứ giác – tetragonal), 2H (lục giác – hexagonal) và 3R (sáu mặt
thoi – rhombohedral), trong đó 2H đƣợc quan tâm hơn cả do nó bền vững và tính chất
đặc biệt hơn [2].

- Cấu trúc lục giác (2H) là loại phổ biến nhất và là loại duy nhất tìm thấy trong quặng
thƣơng mại. Ngoài ra, cấu trúc này đã đƣợc tìm thấy trong MoS2 tổng hợp. Trong khi
đó cấu trúc sáu mặt hình thoi (3R) đầu tiên đƣợc xác định trong vật liệu tổng hợp [3]
và sau đó đƣợc tìm thấy trong một số nguồn tự nhiên [4].
- Cấu trúc lục giác (2H) đƣợc đặc trƣng bởi các lớp MoS2, trong đó các nguyên tử Mo
có sự phối hợp lăng trụ bậc ba của sáu nguyên tử lƣu huỳnh, với hai phân tử trên mỗi ô
đơn vị. Cấu trúc tinh thể bao gồm "những mẫu bánh mì sandwiches", trong đó một lớp
lục giác phẳng của các nguyên tử molypden đƣợc xen kẽ giữa hai lớp nguyên tử lƣu
huỳnh.
Thông số
Tỉ trọng
Màu sắc
Khối lƣợng phân tử
Dạng tinh thể
Tính dẫn điện
Tính bơi trơn chân khơng
Độ ổn định bức xạ
Từ tính
Nhiệt độ phân hủy
Nhiệt độ nóng chảy
Nhiệt độ thăng hoa
Năng lƣợng vùng cấm
Độ dẫn điện

Giá trị/kết quả
4,9 g/cm3
Đen hoặc xám
160,08
Tứ giác (1T), Lục giác (2H) và Mặt thoi (3R)
Thấp nhƣng biến đổi (không ổn định)

Tuyệt vời
Tốt
Có từ tính
1370ºC (mơi trƣờng khơng có oxy)
1770ºC (dƣới áp suất)
1050ºC (trong môi trƣờng chân không cao)
1,6 – 2eV
0,16 – 5,12 Ω/cm

Bảng 1: Một vài thơng số chính về tính chất của MoS2 [1]
Trang 2


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

Hình 1.2 Khoảng cách giữa hai lớp tinh thể MoS2
- Molypden disulfur đƣợc phân loại nhƣ là một kim loại chuyển tiếp dichalcogenide
(TMD) bao gồm disulfur, diselenides và ditelluride của Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo
và W. Các hợp chất này tồn tại dƣới nhiều dạng tinh thể khác nhau nhƣng chỉ hợp chất
Mo và W tạo thành cấu trúc tinh thể dạng lục giác MoS2 [5].

Hình 1.3 Các dạng cấu trúc của Molypden Disulfide

Trang 3


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

- Dạng 2H cịn đƣợc mơ tả: gồm một ngun tử Mo ở trung tâm và chiếm một đỉnh nối
của hai lăng trụ chứa 6 nguyên tử lƣu huỳnh. Mỗi trung tâm lƣu huỳnh của kim tự tháp

lại đƣợc nối với ba trung tâm Molypden. Chính cách liên kết đặc biệt này, tinh thể
MoS2 chứa các lớp Molypden đƣợc kẹp giữa bởi các giữa lƣu huỳnh kép, sau đó lại
xếp chồng lên nhau bằng lực liên kết phân tử Van der Waals để tạo thành một cấu trúc
nhƣ Graphene [6].

Hình 1.4 So sánh cấu trúc của graphite và MoS2
- Cùng có cấu trúc lớp nhƣ graphene, nhƣng MoS2 mang rất nhiều tính chất khác
graphene. Vì thế nghiên cứu cấu trúc của nó sẽ giải đáp những bí ẩn về tính chất đặc
biệt của nó, từ đó cung cấp cho ta những thơng tin quý báu về loại vật liệu mới này.

Hình 1.5 Cấu trúc dạng tinh thể 2D của một số chất khác
Trang 4


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

- Ngoài dạng vịng sáu thơng thƣờng, thì nó cịn có vịng 5 cạnh và 7 cạnh [7] hoặc
vòng 4 và vòng 8 [8] nằm cạnh liền nhau.
** Tính chất:
- Khả năng bơi trơn tuyệt vời:
+ Tính chất này của MoS2 là do khoảng cách lớn (và liên kết Van der Waals) giữa các
lớp bánh sandwich S-Mo-S. Sự khác biệt về khả năng bôi trơn trong các hợp chất
TMD là do sự phân bố của các điện tử trên các nguyên tử cấu thành.
+ Trong MoS2, có sáu electron khơng liên kết có thể hồn tồn điền vào một nhóm
giới hạn vật lý của các điện tử trong cấu trúc tinh thể [9].

Hình 1.6 Cấu trúc tinh thể của MoS2 và các thơng số
+ Điều này tạo ra một điện tích dƣơng trên bề mặt của lớp sandwich S-Mo-S làm thúc
đẩy dễ dàng phân tách thông qua hiện tƣợng đẩy điện tử. Vì vậy, nhƣ một cách chấp
nhận thơng thƣờng, ma sát thấp quan sát đƣợc với MoS2 có thể đƣợc giải thích một

phần do khoảng cách lớn giữa các lớp S-Mo-S, và một phần là sự phân bố thuận lợi
của các electron trên các nguyên tử cấu thành.
+ Việc sử dụng MoS2 rất hữu ích trong chế độ bơi trơn ranh giới khi tiếp xúc kim loại
với kim loại, ngƣợc với chế độ thủy động lực học, nơi có màng chất lỏng dày đủ để
ngăn ngừa sự tiếp xúc nhám và nơi mà hầu nhƣ khơng mài mịn xảy ra. Các yếu tố
đóng góp cho sự tồn tại của bơi trơn ranh giới bao gồm nhiệt độ hoạt động cao, tốc độ
trƣợt thấp, dừng / khởi động hoặc dao động và tải trọng sốc.

Trang 5


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

- Tính chất vật lý, hóa học:
+ Molybdenum disulfide trong cấu trúc lục giác tự nhiên của nó là rất trơ. Khơng tan
trong dầu và nƣớc. Molybdenum disulfide không phản ứng với hầu hết các axit; tuy
nhiên nó khơng có khả năng đề kháng đối với các axít sunfuric và axit nitric nóng.

Hình 1.7 Cơ chế phản ứng của MoS2 với H+
+ Ngồi ra, Molybdenum disulfide tan trong các chất oxy hố mạnh nhƣ nƣớc cƣờng
thủy. Khá bền trong khơng khí, chỉ bị oxi hóa với những chất thử mạnh hay clo.
2 MoS2 + 7 O2 → 2 MoO3 + 4 SO2

(1)

2 MoS2 + 7 Cl2 → 2 MoCl5 + 2 S2Cl2

(2)

+ Molypden disulfide đƣợc chuyển đổi trực tiếp sang kim loại molypden khi nung

bằng khí hydro thơng qua hợp chất trung gian Mo2S3, và MoO3 qua phản ứng oxy hóa
cực cao trong khơng khí ở 500 - 600ºC. Phản ứng của MoS2 tự nhiên và khí clo khi
khơng khí ở nhiệt độ cao tạo ra pentacloride molybdene.
+ Các đặc tính oxy hoá của MoS2 tự nhiên đã đƣợc một số nhà nghiên cứu nghiên cứu.
Tốc độ oxy hóa nhiệt của MoS2 trong khơng khí đƣợc nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia X
cho thấy dƣới 300ºC, tốc độ rất chậm và khó đo chính xác, và dƣới 388ºC, MoS2 bị
oxy hóa ở tốc độ chậm hơn WS2 [10].

Trang 6


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

+ Các phản ứng oxy hóa của MoS2 trong khơng khí khơ cũng đƣợc nghiên cứu bằng
phân tích nhiệt lƣợng học [11]. Đã xác định rằng 10%, 50% và 90% MoO3 đƣợc tạo
thành ở nhiệt độ 435ºC, 466ºC và 516ºC tƣơng ứng.
+ Bên cạnh nhiệt độ và độ ẩm, kích cỡ hạt MoS2 có thể ảnh hƣởng đáng kể đến khả
năng oxy hóa. Các hạt nhỏ hơn của MoS2 có tỷ lệ oxy hóa cao hơn nhiều so với các hạt
lớn hơn do các vị trí cạnh của các hạt bị oxy hoá ở tốc độ cao hơn so với vùng mặt
phẳng cơ bản của một hạt, và các hạt phân tử mịn có tỷ lệ cụ thể cao hơn của cạnh đến
mặt phẳng cơ sở.
- Khả năng oxy hóa của Molybdenum disulfide có tầm quan trọng thực tế đáng kể vì
những lý do sau:
+ Q trình oxy hóa MoS2 có thể gây ra sự ăn mòn trong một số trƣờng hợp
+ Q trình oxy hóa của MoS2 có thể xác định tuổi thọ của màng MoS2 dính hoặc đã
mài mịn
+ Sản phẩm của oxy hóa MoS2 trong một số trƣờng hợp có thể gây ra sự gia tăng khả
năng ma sát của nó.
+ Q trình oxy hóa MoS2 có thể gây ra các vấn đề về khả năng hoá gel trong một số
loại mỡ.

+ Q trình oxy hóa MoS2 có thể làm giảm nhiệt độ tối đa để sử dụng quá trình oxy
hóa MoS2 để xác định tuổi thọ của MoS2
- Cấu trúc đơn lớp và nhiều lớp có tính bán dẫn khá nhạy cảm [11].
- Đồng thời sẽ là không chính xác để ƣớc tính sự đóng góp của những sản phẩm
Molybdenum disulfide bị oxi hóa về khả năng bơi trơn của nó bởi vì điển hình, sản
phẩm ổn định của Molybdenum disulfide bị oxi hóa là MoO3 khơng bị mất đi [12]. Do
đó, ngay cả sau khi mức oxy hóa đáng kể, Molybdenum disulfide vẫn có thể đạt đƣợc
mức độ bơi trơn có thể chấp nhận đƣợc.
- Tính chất điện[13]:

Trang 7


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

+ Các tính chất điện khác nhau của TMDs phát sinh từ việc điền vào các orbitals liên
kết d từ nhóm 4 đến nhóm 10. Khi các orbitals bị chiếm một phần, các TMDs hiển thị
các thuộc tính kim loại, trong khi nếu chúng đƣợc chiếm giữ hồn tồn, chúng sẽ trình
bày các chất bán dẫn.
+ Ảnh hƣởng của các nguyên tử chalcogen trên cấu trúc điện tử là nhỏ so với các
nguyên tử kim loại, tuy nhiên nó đƣợc quan sát thấy rằng sự mở rộng của sự giảm
vùng cấm d bằng cách tăng số nguyên tử của chalcogen .
+ Vật liệu TMDs có một vùng cấm gián tiếp theo cả tính tốn lý thuyết và các kết quả
thực nghiệm. Ví dụ, trong trƣờng hợp MoS2, số lƣợng lớn MoS2 thể hiện một tín hiệu
PL khơng đáng kể, tuy nhiên MoS2 mỏng hơn các nano biểu thị phát xạ rõ ràng ở ~
670 và ~ 627 nm [13]. Nó cũng chỉ ra rằng cƣờng độ PL phụ thuộc vào số lƣợng lớp
MoS2. Đặc biệt, một lớp MoS2 cho thấy cƣờng độ PL rất mạnh [13].
+ Các hành vi điện của MoS2 có tầm quan trọng thực tiễn quan trọng đặc biệt đối với
việc thực hiện trong các bàn chải điện và tàu vũ trụ. Hầu hết các phép đo tính dẫn đƣợc
thực hiện trên các đơn hoặc đa tinh thể của MoS2. Theo quan sát của Lansdown [12]

khơng có sự thống nhất rõ ràng về độ dẫn điện của MoS2. Tuy nhiên, quan điểm
chung là Molybdenum disulfide có thể đƣợc phân loại nhƣ là một chất bán dẫn loại "p"
[14].
+ Có sự tƣơng quan chặt chẽ giữa độ dẫn điện và nhiệt độ MoS2. Mặc dù giá trị tuyệt
đối của điện trở suất hoặc độ dẫn có thể khác nhau nhƣng nó đã đƣợc thiết lập tốt với
nhiệt độ ngày càng tăng MoS2 thể hiện sự giảm dần dần điện trở và tăng tính dẫn điện.
+ Độ dẫn cũng là một chức năng của hƣớng di chuyển dòng điện liên quan đến cấu
trúc tinh thể đặc biệt ở nhiệt độ cao hơn. Độ dẫn điện tại nhiệt độ phòng của một số
tinh thể duy nhất dao động từ 0,16 đến 5,12 Ω/cm.
+ Đồng thời nó đã đƣợc chứng minh rằng [15] ở 19ºC điện trở là nhƣ nhau bất kể
hƣớng dòng di chuyển điện tích và có liên quan đến cấu trúc tinh thể.
+ Cũng có nhiều loại thơng số có khả năng tƣơng quan với điện trở MoS2.

Trang 8


NANO MOLYBDENUM DISULFIDE VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP

+ Tuy nhiên, các thông số nhƣ điện áp đƣợc áp dụng, cơng suất dƣờng nhƣ ít quan
trọng hơn so với nhiệt độ và mức tạp chất có trong MoS2.
- Tính chất quang:
+ Sự hấp thụ quang học là một đặc điểm quan trọng khác của vật liệu TMDs và liên
quan đến cấu trúc dải của vật liệu lớp bán dẫn. Hai đỉnh chính có thể đƣợc quan sát
thấy cho MoS2 trên nền Si/SiO2 ở 1,85 eV (670 nm) và 1,98 eV (627 nm), tƣơng ứng.
+ Độ tƣơng phản của lớp MoS2 trên nền Si/SiO2 thƣờng liên quan đến chỉ số phản xạ
và độ tƣơng phản hấp thụ của các lớp MoS2 và SiO2. Benameur và cộng sự báo cáo
rằng họ đã có thể phân biệt đơn, hai, và lớp ba MoS2 và WSe2 trên nền SiO2 90 hoặc
270 nm bằng cách đo độ tƣơng phản dƣới ánh sáng màu xanh lá cây băng thông rộng
[13]. Gần đây, Li và cộng sự chứng minh một cách tiếp cận đơn giản có thể đƣợc sử
dụng để xác định lớp phủ đơn lớp thành tấm nano MoS2 ba lớp trên nền SiO2 300 nm

bằng hình ảnh hiển vi quang học bình thƣờng với phần mềm Image J [13]. Hình ảnh
màu xám của kênh R hiển thị các lớp khác biệt, từ đơn lớp đến ba lớp của tấm nano
MoS2. Ngoài ra, cƣờng độ khác nhau giữa các tấm nano MoS2 và SiO2 có thể đƣợc sử
dụng để phân biệt số lƣợng lớp MoS2. Phƣơng pháp nhận dạng trực tiếp là rất đơn giản
và kỹ thuật không phá hoại để phân biệt số lớp MoS2.
+ Các cấu trúc dải điện tử của các TMDCs đƣợc mơ tả trƣớc đó có liên quan đến tính
chất quang học của chúng. Đối với MoS2, sự thay đổi từ gián tiếp sang vùng cấm trực
tiếp và sự gia tăng năng lƣợng bandgap đƣợc quan sát thấy trong sự thay đổi độ quang,
quang phổ hấp thụ và lƣợng tử phát quang [16]-[18].
+ Kết quả là tăng 104 lần năng suất lƣợng tử phát quang từ cấu trúc khối lên đơn lớp
MoS2, với năng suất lƣợng tử cao hơn cho các vùng của lớp đơn MoS2 lơ lửng trên các
lỗ trên bề mặt [17]. Nhƣng sản lƣợng lƣợng tử tổng thể của MoS2 đo đƣợc cho đến nay
là khoảng 10-5-10-6 đối với các mẫu vài lớp và lên đến 4 × 10-3 đối với các mẫu đơn
lớp [17] - thấp hơn một cách đáng kể so với các giá trị gần nhất thống nhất sẽ đƣợc dự
kiến cho một chất bán dẫn bandgap trực tiếp.
+ Các quan sát về năng suất lƣợng tử cao hơn đối với các mẫu lơ lửng [17] và các mẫu
đặt trên chất nền hBN [19] so với SiO2 cho thấy cần phải có nhiều cơng việc hơn để
Trang 9