Ученые ТПУ совместно с коллегами из Университета Глазго разработали метод усовершенствования свойств 2D-материалов. Они модифицировали многослойные пленки из теллурида молибдена (MoTe₂) с использованием солей иодония. Такое покрытие делает материалы более устойчивыми к окислению, что существенно расширяет потенциальные возможности применения материала в различных областях науки и техники. Соли иодония для химической функционализации MoTe₂ были использованы впервые.

Результаты исследования ученых опубликованы в журнале Materials Today Chemistry (Q1, IF:8.301).

Теллурид молибдена — один из самых популярных на сегодняшний день полупроводниковых 2D-материалов. Его уникальное свойство — маленькая ширина запрещенной зоны — позволяет активно использовать MoTe₂ в качестве электронных сенсоров, сенсоров для поверхностной Рамановской спектроскопии, а также в электронике в целом.

«Управление функциональными свойствами поверхностей двухмерных материалов открывает широкие возможности для будущих разработок в этих направлениях. Даже незначительные изменения в состояниях многослойной поверхности могут оказать существенное влияние на их электронную структуру и, как следствие, свойства. Химическая ковалентная модификация в данном случае является наиболее перспективным методом для внесения таких изменений в свойства поверхности», — поясняет один из руководителей исследований, научный сотрудник Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Ольга Гусельникова.

Для работы с пленками из теллурида молибдена команда ученых под руководством доцента ТПУ Павла Постникова применила ковалентные методы модификации поверхности. Они образуют прочную ковалентную связь, которую сложно разорвать, что позволяет синтезировать более стабильные покрытия. В качестве источника функциональных групп были применены соли иодония.

Они являются более «мягкими» и управляемыми агентами для химической модификации по сравнению с другими, что дает возможность регулировать их реакционную способность и не допустить разрушения тонких пленок. При взаимодействии в процессе функционализации солей иодония генерируется активный радикал, который «атакует» поверхность и присоединяется к атомам теллура.

«Пленки из теллурида молибдена могут находиться в двух состояниях: одна из модификаций — полуметаллическая, вторая — полупроводниковая. В ходе исследования мы выяснили, что в первом случае функционализация солями иодония проходит по «сценарию» металла, т.е. спонтанно, так как металлоподобные соединения способны отдавать электрон органической молекуле. Это провоцирует генерацию радикалов, которые потом присоединяются к поверхности. В случае с полупроводниковой модификацией спонтанная функционализация уже не реализуется. Чтобы «запустить» процесс, нужен дополнительный стимул. Наша группа использовала в качестве такого стимула квант света. При этом энергия света соотносилась с шириной запрещенной зоны проводника. Таким образом, было обнаружено, какую минимальную энергию нужно приложить к процессу, чтобы провести функционализацию», — рассказывает Ольга Гусельникова.

Для лабораторных исследований готовился раствор соли иодония в органических растворителях. После чего пленка погружалась в раствор. В случае с полупроводниковой модификацией дополнительно проводилось освещение сверху источником света с определенной длиной волны.

«Реакция MoTe₂ с иодониевыми солями обеспечивает эффективный способ защиты пленок от окисления как в окружающей среде, так и в процессе их применения. Это позволит увеличить срок службы материалов на основе теллурида молибдена. Функционализация солями иодония открывает новые направления в селективной настройке химических свойств MoTe₂. Кроме того, работа в этом направлении может привести к созданию новых гибридных 2D-материалов», — резюмирует доцент Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Павел Постников.

Сегодня ученые продолжают исследование. Они изучают модификацию подобных соединений различными солями иодония для использования в энергетике, электронике и создании сенсоров. Работа проводилась при поддержке гранта Российского научного фонда.