Ученые ТПУ разработали новый метод обработки MoS2 с помощью мощного лазера

Команда исследователей из TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий предложила новый способ обработки материала дисульфида молибдена, MoS2, — перспективного материала для катализа, оптоэлектроники и энергетики.

С помощью мощного лазера они создали дефекты в структуре материала, что позволяет наносить серебряные частицы на поверхность без использования дополнительных веществ и получать материал с высокой каталитической активностью. Этот модифицированный материал далее можно использовать для разработки высокопроизводительных 2D-полупроводников.

Исследование получило поддержку в рамках программы «Приоритет 2030» Минобрнауки России. Результаты работы ученых опубликованы в Journal of Colloid and Interface Science.

Использование солнечной энергии является одним из наиболее подходящих решений для поиска альтернативных и доступных источников возобновляемой энергии. Она может быть преобразована с помощью фотокатализа и сохранена в виде химических соединений для последующего использования. На данный момент, ученым предстоит найти материалы с наилучшей фотокаталитической активностью.

Дисульфид молибдена представляет собой двумерный материал, толщина которого гораздо меньше размера слоя. Благодаря этому, он может поглощать свет в широком спектре солнечной радиации из-за узкой запрещенной зоны. Серебро (Ag), в свою очередь, является хорошим катализатором. Комбинация этих двух материалов обеспечивает синергетический эффект: MoS2 выступает в качестве каталитической платформы, а Ag усиливает поглощение света и перенос электронов.

Исследователи из Томского политехнического университета разработали новый метод нанесения серебряных частиц на поверхность многослойного дисульфида молибдена с использованием лазерного облучения. Они обнаружили, что после погружения обработанного лазером дисульфида молибдена в нитрат серебра происходит восстановление частиц серебра на облученных областях MoS2.

Как рассказал инженер Чан Туан Хоанг из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий, лазерная обработка создает дефекты в материале с помощью масштабируемого подхода. Дефекты обладают более высокой химической активностью по сравнению с кристаллической структурой и позволяют восстанавливать наночастицы серебра без внешних стимулов, таких как фотоны или химические вещества. Такой процесс не происходит для необработанного MoS2. Это упрощает технологию и повышает эффективность процесса. Для изучения фотокаталитической эффективности материала ученые использовали модельную молекулу пара-нитротиофенола и обнаружили, что фотокаталитическая эффективность структуры MoS2/Ag близка к 100%, в то время как для наночастиц серебра она составляет всего 35%.

В ходе экспериментов ученые изучали механизм лазерного облучения MoS2 с помощью непрерывного лазера.

Выяснилось, что процесс лазерной обработки является фототермическим. Температура и результат обработки сильно зависят от выбора подложки. Полученные результаты позволяют более глубоко понять светоиндуцированную модификацию свойств MoS2 и предлагают новый способ управления его химической активностью в определенных областях. Понимание механизмов процесса на микроскопическом уровне позволит повысить его эффективность и разработать методы масштабирования. Об этом сообщил руководитель проекта, профессор Рауль Родригес из Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий.

Ученые планируют более детально изучить механизм лазерного фототермического нагрева и его влияние на свойства материалов. Они также планируют исследовать различные комбинации 2D-материалов и металлов при лазерной обработке, а также рассмотреть возможность применения данного метода в других каталитических процессах и отраслях.

16.11.2023