Funcionalização de dissulfeto de molibdênio : explorando o potencial de líquidos iônicos para modificação e aprimoramento de propriedades de materiais bidimensionais

Abstract

Nos últimos anos, os materiais bidimensionais (2D), com destaque para o dissulfeto de molibdênio (MoS2), têm ganhado crescente importância na pesquisa em nanotecnologia e ciência dos materiais. O MoS2, composto por um átomo de molibdênio (Mo) entre dois átomos de enxofre (S), apresenta propriedades únicas derivadas de sua estrutura, oferecendo diversas aplicações. A deposição química em fase vapor (CVD) é uma abordagem comum para a síntese, mas enfrenta desafios, levando ao desenvolvimento do CVD via intermediário líquido fundido (ILF). Essa estratégia supera as limitações associadas às baixas pressões de vapor dos sólidos, e permite uma distribuição uniforme no substrato e crescimento autolimitado. Para aprimorar as propriedades do MoS2, funcionalizações com líquidos iônicos (LIs) têm sido aplicadas. Os LIs desempenham um papel crucial na funcionalização e dopagem da superfície do MoS2, sendo essenciais para futuras aplicações em dispositivos eletrônicos. Este estudo teve como objetivo desenvolver um método de encapsulamento para camadas bidimensionais de dicalcogenetos de metais de transição, com ênfase no MoS2, por meio da funcionalização com LIs. O objetivo secundário foi avaliar as alterações eletrônicas resultantes dessa estratégia de encapsulamento. Amostras foram sintetizadas via ILF e CVD, seguidas de funcionalização com LIs, e foram caracterizadas por meio de técnicas de microscopia óptica, espectroscopia Raman, espectroscopia de fotoluminescência (PL) e Espectroscopia de Fotoelétrons de Raios-X (XPS). Os resultados da síntese do MoS2 por duas rotas indicaram êxito, evidenciado pelas formas triangulares nas imagens de microscopia óptica. A fim de avaliar o impacto do LI na passivação de defeitos do MoS2, foi realizado um estudo utilizando um laser como fonte de excitação em condições ambientes. Os resultados indicaram um aumento na emissão quando as amostras não possuíam o encapsulamento do LI, sugerindo uma possível passivação de defeitos. Este achado demonstra a eficácia da proteção proporcionada pelo LI, visto que não houve um aumento expressivo na emissão após a aplicação do LI. Os dados obtidos sugerem funcionalização do MoS2 por LI associada à dopagem do tipo n, com implicações significativas para optoeletrônica. Embora esse estudo contribua para o entendimento do MoS2, ressalta-se que há espaço para futuras pesquisas, enfatizando a importância da abordagem utilizada na ampliação do conhecimento sobre materiais 2D.

In recent years, two-dimensional (2D) materials with a focus on molybdenum disulfide (MoS2), have gained increasing importance in nanotechnology and materials science research. MoS2, composed of one molybdenum (Mo) atom between two sulfur (S) atoms, exhibits unique properties derived from its structure, offering diverse applications. Chemical vapor deposition (CVD) is a common approach for synthesis but faces challenges, leading to the development of liquid intermediate phase (ILF) vapor deposition. This strategy overcomes limitations associated with low vapor pressures of solids, allowing uniform distribution on the substrate and self-limiting growth. To enhance MoS2 properties, functionalization with ionic liquids (ILs) has been applied. ILs play a crucial role in functionalization and doping of the MoS2 surface, essential for future applications in electronic devices. This study aimed to develop an encapsulation method for 2D layers of transition metal dichalcogenides, with an emphasis on MoS2, through functionalization with ILs. The secondary objective was to evaluate the electronic changes resulting from this encapsulation strategy. Samples were synthesized via ILF and CVD, followed by functionalization with ILs, and were characterized using optical microscopy, Raman spectroscopy, photoluminescence (PL) spectroscopy, and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The synthesis results of MoS2 by the two routes indicated success, evidenced by triangular shapes in optical microscopy images. To assess the impact of IL on MoS2 defect passivation, a study using a laser as an excitation source under ambient conditions was conducted. Results indicated increased emission when samples lacked IL encapsulation, suggesting potential defect passivation. This finding demonstrates the efficacy of IL-provided protection, as there was no significant increase in emission after IL application. The data obtained suggest MoS2 functionalization by IL associated with n-type doping, with significant implications for optoelectronics. While this study contributes to MoS2 understanding, it underscores the need for future research, emphasizing the importance of the approach used in expanding knowledge about 2D materials.