Tổng hợp vật liệu nano composite cấu trúc lớp MoS2/SWNTs bằng phương pháp vi sóng

Bài viết trình bày các phương pháp thực nghiệm, phương pháp đánh giá vật liệu. Từ đó đưa ra các kết luận về giản đồ nhiễu xạ tia X, phổ raman và khẳng định việc ứng dụng làm vật liệu anode trong các hệ pin sạc lithium ion. Để nắm nội dung mời các bạn cùng tham khảo.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tổng hợp vật liệu nano composite cấu trúc lớp MoS2/SWNTs bằng phương pháp vi sóngTRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINHTẠP CHÍ KHOA HỌCHO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATIONJOURNAL OF SCIENCEKHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆNATURAL SCIENCES AND TECHNOLOGYISSN:1859-3100 Tập 15, Số 9 (2018): 95-103Vol. 15, No. 9 (2018): 95-103Email: tapchikhoahoc@hcmue.edu.vn; Website: http://tckh.hcmue.edu.vnTỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO COMPOSITE CẤU TRÚC LỚPMoS2/SWNTs BẰNG PHƯƠNG PHÁP VI SÓNGMai Thị Hằng1, Nguyễn Thị Minh Nguyệt2, Vương Vĩnh Đạt2,Trần Đức Châu3, Nguyễn Anh Tiến1 , Lê Văn Thăng2,3*1Khoa Hóa – Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí MinhPhòng Thí nghiệm Trọng điểm ĐHQG Công nghệ Vật liệu – Trường Đại học Bách khoa – ĐHQG TPHCM3Bộ môn Vật liệu Năng lượng & Ứng dụng – Khoa Công nghệ Vật liệu – Trường ĐH Bách khoa – ĐHQG TPHCM2Ngày nhận bài: 16-8-2018; ngày nhận bài sửa: 11-9-2018; ngày duyệt đăng: 21-9-2018TÓM TẮTVật liệu nano composite cấu trúc lớp MoS2/SWNTs – một vật liệu anode tiềm năng cho pinlithium ion – đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp vi sóng thông qua phản ứng trựctiếp giữa các tiền chất. Tính chất vật liệu nano composite được đánh giá bằng các phương phápphân tích: XRD, Raman, SEM, TEM… Kết quả phân tích bằng giản đồ XRD vật liệu tổng hợp với tỉlệ thể tích SWNTs/H2O:EG = 1:30 thể hiện mũi đặc trưng cho MoS2 và SWNTs và chứng tỏ đượcsự hình thành liên kết giữa MoS2 và SWNTs. Phổ Raman cũng chứng tỏ được sự tồn tại của cácpha 2H-/1T-MoS2. Bên cạnh đó, ảnh SEM và TEM cho thấy các cụm MoS2 (kích thước hạt từ 8-20nm) dạng lục giác bám trên cấu trúc của SWNTs và phân bố xen kẽ trong khối vật liệu, giúp tăngtính năng của MoS2/SWNTs khi ứng dụng làm vật liệu anode của pin lithium ion.Từ khóa: hạt MoS2 kích thước nano, cấu trúc lớp nano, vật liệu anode, phương pháp vi sóng,ethylene glycol.ABSTRACTSynthesis of nano layered MoS2/SWNTs composite via microwave assisted reactionMoS2 nanoparticles with layered structures on SWNTs as a potential anode of lithium ionbattery was synthesized in a solvent mixture of water/ethylene glycol (H2O/EG) by microwaveirradiation. The obtained nano-composite was characterized by X-ray diffraction (XRD), Ramanspectroscopy, scanning electron microscopy (SEM), and transmission microscopy (TEM). XRDpatterns only showed well-defined peaks corresponding to the existence of MoS2 and SWNTs whenthe synthesis condition was performed in the solvent mixture of 1:30 (v/v) H2O:EG ratio. SEM andTEM images showed the formation of hexagonal MoS2 nanoparticles with sizes of 18 to 20 nmhomogenously dispersed on SWNTs. Such nanostructure will potentially facilitate lithium iontransport and improve electrical conductivity of MoS2 when it is applied as an anode material forlithium battery application. Furthermore, it was demonstrated that the as-prepared MoS2 in thenano-composite consisted of a mixture of 2H/1T phase which is indicated by Raman spectroscopy.Keywords: nano MoS2 particles, nano-layered structure, anode materials, microwave assistedmethod, ethylene glycol.1.Giới thiệuPin sạc lithium hiện đang được quan tâm tới như là một trong những giải pháp lưutrữ năng lượng tối ưu vì pin có mật độ năng lượng cao và cơ chế phản ứng tương đối đơngiản. Các loại vật liệu làm điện cực anode trong pin lithium là các oxit kim loại, có khả*Email: vanthang@hcmut.edu.vn95TẠP CHÍ KHOA HỌC - Trường ĐHSP TPHCMTập 15, Số 9 (2018): 95-103năng lưu giữ các ion Li+ theo cơ chế đan cài (intercalation). Các điện cực được tạo thành từvật liệu có cấu trúc khối nên tuổi thọ, khả năng tích điện, khả năng phóng – nạp và mật độdòng điện tạo ra thấp. Để khắc phục những nhược điểm trên, việc tìm ra loại vật liệu mớiđể thay thế trở nên quan trọng. Vật liệu cấu trúc nano nói chung và vật liệu nano MoS2 kếthợp với ống nano carbon (MoS2/CNTs) nói riêng là một trong những giải pháp hữu hiệunhất ứng dụng trong điện cực của pin [1]. MoS2 có 3 dạng cấu trúc khác nhau 1T(tetragonal), 2H (hexagonal) và 3R (rhombohedral) (Hình 1a).Hình 1. a) Cấu trúc MoS2 dạng 1T, 2H và 3R [2] ; b) khoảng cách giữa các lớp MoS2 [3]Molybdenum sulfide (MoS2) ứng dụng làm vật liệu điện cực anode trong pin lithium(LIBs) vì hạt nano MoS2 cấu trúc lớp có diện tích bề mặt lớn giúp lưu trữ nhiều ion Li+ hơn[4]; liên kết giữa các lớp MoS2 là liên kết Vander Waals yếu và khoảng cách giữa hai mặtphẳng Mo (0,615 nm) lớn hơn graphite (0,335 nm) làm cho các ion Li+ di chuyển dễ dànggiữa các lớp MoS2 nhưng không làm thay đổi đáng kể về thể tích trong suốt chu kì phóng nạp [5]; từ đó, không gây phá hủy cấu trúc vật liệu điện cực, và giúp gia tăng đáng kể hiệunăng của pin. Tuy nhiên, vật liệu MoS2 khi được ứng dụng làm vật liệu điện cực anode cóđộ dẫn điện, độ ổn định giảm sau nhiều chu kì phóng – nạp. Vì vậy, để giải quyết vấn đềnày, MoS2 được kết hợp với các vật liệu carbon như carbon nanotube, graphene, carbon vôđịnh hình… có tính dẫn điện ca ...