Teoretické studium strukturních vlastností a reaktivity dichalkogenidů přechodných kovů

Bc. Jana MARTINCOVÁ

Master's thesis

Jsou dichalkogenidy přechodných kovů na vzduchu stabilní?

Theoretical study of structural properties and reactivity of transition-metal dichalcogenides

Abstract:

Dichalkogenidy přechodných kovů (TMDs) jsou jedněmi z nejstudovanějších materiálů z 2D světa. Ač byly dichalkogenidy dlouho považovány za stabilní materiály, nedávné experimenty naznačily, že ve 2D formě může dojít k rozrušení jejich struktury díky oxidaci. Jsou tedy TMDs opravdu na vzduchu stabilní? K objasnění této otázky jsme provedli výpočty reaktivity jednotlivých polytypů MoS2 a TaS2 s kyslíkem. Výpočty jsme prováděli v programu VASP, který je založen na teorii funkcionálu hustoty. Zjistili jsme, že jednovrstevnatý 2H MoS2 a 1T-MoS2 podléhá oxidaci, jde o endotermický proces. K stejnému závěru jsme došli i v případě polytypů TaS2, ačkoli energie jednotlivých oxidačních kroků se lišily od MoS2. Z termodynamického i kinetického hlediska jsme popsali úvodní fázi oxidace začínající od hran a její šíření dál směrem do středu jednotlivých materiálů. U jednovrstevnatého 2H-MoS2 jsme popsali celkový děj oxidace až do vyšších stupňů zastoupení kyslíkových atomů, při kterém docházelo ke konverzi MoS2 na MoO3. Část výsledků (oxidace MoS2) již byla publikována v časopise Chemistry - A European Journal, 23(53), 2017.

Abstract:

The transition metal dichalcogenides (TMDs) are one of the most studied materials from 2D world. Recent experiments have shown that single layer MoS2 and WS2 have been vulnerable against oxidation, contrary to common belief that TMDs are stable in air. So, are TMDs air-stable materials? To clarify this question, we calculated the reactivity of each polytypes MoS2 and TaS2 with oxygen. The calculation was performed in the program package VASP, which is based on the density functional theory. We found that the oxidation of the single layer of 2H MoS2 and 1T-MoS2 was endothermic process. Similarly, oxidation was endothermic in the case of TaS2 polytypes, although the energies of individual oxidation steps were different than those in MoS2. We described initial steps of oxidation starting at the edges of MoS2 and TaS2 from both thermodynamic and kinetic point of view and how could oxidation spread further towards the center of the material. We have described the total oxidation process up to higher number of adsorbed oxygen atoms, which resulted in a conversion of MoS2 into MoO3. The part of results (oxidation of MoS2) was published in Chemistry A European Journal, 23(53), 2017.

Keywords

Teorie funkcionálu hustoty, VASP, MoS2, TaS2, dvoudimenzionální materiály, oxidace

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 3. 5. 2018

Thesis defence

• Supervisor: Mgr. Petr Lazar, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Material Chemistry