Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму
Електронна структура поверхнi нанокристалiчних зразкiв 2H-WS2 з рiзним середнiм розмiром анiзотропних наночастинок була дослiджена методом РФС пiсля вiдпалу при 293–1073 К. Згiдно з даними РФС, поверхня наночастинок 2H-WS2 є нестехiометричною i вiдповiдає фазi WSx, де x = 1,4–1,5. Для найменших нано...
Saved in:
| Date: | 2009 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2009
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18713 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму / А.П. Шпак, О.М. Кордубан, Л.М. Кулiков, Т.В. Крищук, Н.Б. Кьонiг, В.О. Кандиба // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 87-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859852050973589504 |
|---|---|
| author | Шпак, А.П. Кордубан, О.М. Куліков, Л.М. Крищук, Т.В. Кьоніг, Н.Б. Кандиба, В.О. |
| author_facet | Шпак, А.П. Кордубан, О.М. Куліков, Л.М. Крищук, Т.В. Кьоніг, Н.Б. Кандиба, В.О. |
| citation_txt | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму / А.П. Шпак, О.М. Кордубан, Л.М. Кулiков, Т.В. Крищук, Н.Б. Кьонiг, В.О. Кандиба // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 87-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| description | Електронна структура поверхнi нанокристалiчних зразкiв 2H-WS2 з рiзним середнiм розмiром анiзотропних наночастинок була дослiджена методом РФС пiсля вiдпалу при 293–1073 К. Згiдно з даними РФС, поверхня наночастинок 2H-WS2 є нестехiометричною i вiдповiдає фазi WSx, де x = 1,4–1,5. Для найменших наночастинок 2H-WS2 з d[013] = 3,8(3) нм; d[110] = 17(1) нм зафiксовано вплив на стан поверхнi розмiрного фактора.
The electronic structure of the surface of nanocrystalline samples 2H-WS2 with different mean sizes of anisotropic nanoparticles is studied by the XPS method after annealing at 293–1073 K. According to the XPS data, the surface of 2H-WS2 nanoparticles is nonstoichiometric and corresponds to the WSx phase, where x = 1.4–1.5. For the least 2H-WS2 nanoparticles with d[013] = 3.8(3) nm and d[110] = 17(1) nm, the influence of the size factor on the surface state is fixed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:41:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 535
© 2009
Академiк НАН України А.П. Шпак, О. М. Кордубан, Л. М. Кулiков,
Т.В. Крищук, Н.Б. Кьонiг, В. О. Кандиба
Електронна структура поверхнi нанокристалiчного
дисульфiду вольфраму
Електронна структура поверхнi нанокристалiчних зразкiв 2H-WS2 з рiзним середнiм
розмiром анiзотропних наночастинок була дослiджена методом РФС пiсля вiдпалу при
293–1073 К. Згiдно з даними РФС, поверхня наночастинок 2H-WS2 є нестехiометри-
чною i вiдповiдає фазi WSx, де x = 1,4–1,5. Для найменших наночастинок 2H-WS2 з
d[013] = 3,8(3) нм; d[110] = 17(1) нм зафiксовано вплив на стан поверхнi розмiрного фа-
ктора.
Наноструктури шаруватих дихалькогенiдiв d-перехiдних металiв 2Н-MCh2 (M = W, Mo;
Ch = S, Se) — перспективнi об’єкти наноструктурного матерiалознавства, зокрема, щодо
створення радiацiйно-стiйких твердих наномастил для космiчних та земних умов експлуа-
тацiї; напiвпровiдникових наноматерiалiв для перетворювачiв енергiї; нанокаталiзаторiв та
газових сенсорiв; наноматерiалiв з екстремально високими амортизацiйними характеристи-
ками (“наноброня”); теплоiзоляцiйних наноматерiалiв [1–3].
Стан поверхнi наночастинок 2Н-MCh2 є одним з визначальних чинникiв щодо структур-
но-чутливих властивостей наноматерiалiв на їх основi. На цей час данi про дослiдження ме-
тодом рентгенiвської фотоелектронної спектроскопiї (РФС) поверхнi деяких наноструктур
дисульфiду вольфраму [4–6] та нанодисперсних нестехiометричних оксидiв вольфраму [7]
як можливих “нанопрекурсорiв” для їх синтезу є обмеженими.
У роботi методом РФС дослiджено змiни фазового складу поверхнi та адсорбцiйнi вла-
стивостi анiзотропних шаруватих наночастинок 2H-WS2 (“nanosheets”) при рiзних темпера-
турах попереднього вiдпалу у вакуумi.
Нанокристалiчнi порошки 2Н-WS2 синтезовано хiмiчним осадженням з газової фази [8].
Рентгенофазовий та рентгеноструктурний аналiзи 2Н-WS2 виконано на автоматичному по-
рошковому дифрактометрi HZG-4 A (CuKα). Iндицiювання рентгенограм i уточнення па-
раметрiв елементарних комiрок проведено методом найменших квадратiв, структурних па-
раметрiв — з використанням повнопрофiльного аналiзу; середнi розмiри анiзотропних на-
ночастинок в кристалографiчних напрямках [013] i [110] визначено методом розширення
рентгенiвських лiнiй (формула Шерера), враховано можливий вплив спотворень структу-
ри (формула Стокса). Зазначенi комп’ютернi розрахунки здiйснено за допомогою пакету
програм WinCSD [9].
За даними рентгенiвських дослiджень, нанокристалiчнi порошки 2H-WS2 — гомоген-
нi, не мiстять домiшок стороннiх фаз та характеризуються структурним типом 2H-MoS2
i атомною впорядкованiстю (табл. 1).
Електронна структура поверхнi шаруватих наночастинок 2H-WS2 дослiджувалася
на електронному спектрометрi з енергоаналiзатором PHOIBOS-100_SPECS (EMgKα =
= 1253,6 еВ, P = 200 Вт). Попереднiй вiдпал зразкiв здiйснювався в камерi спектроме-
тра нагрiванням електронним променем в вакуумi ∼ 2 · 10−5 Па в iнтервалi температур
293–1073 К (час вiдпалу — 15 хв, крок ∆T = 200 K, точнiсть ±3 К). Спектри W4f-рiвня
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 87
Рис. 1. Розкладенi на компоненти W4f-спектри (а) та S2p-спектри (б ) для нанокристалiчного 2Н-WS2 (зра-
зок 1) при рiзних температурах попереднього вiдпалу
було розкладено на пари компонент з ∆E(4f5/2−4f7/2) = 2,15 еВ та I4f5/2/I4f7/2 = 0,77; їх
повна ширина на половинi висоти лiнiї (ПШПВ) становила 0,9 еВ. Спектри S2p-рiвня роз-
кладено з параметрами ∆E(2p3/2−2p1/2) = 1,12 еВ та I2p1/2/I2p3/2 = 0,5; ПШПВ становила
0,92 еВ. Спектри O1s-рiвня було розкладено на одинарнi компоненти з ПШПВ= 1,4 еВ.
Розкладання спектрiв виконано за методом Гаусса–Ньютона, площi компонент визначали-
ся пiсля обчислення нелiнiйного фону за методом Ширлi [10]. Точнiсть визначення енергiї
зв’язку (Eзв) максимуму лiнiї сстановила ±0,01 еВ.
РФС-спектри W4f-, S2p- та O1s-рiвнiв одержанi для нанокристалiчного 2H-WS2 iз зазна-
ченими в табл. 1 середнiми розмiрами анiзотропних наночастинок при рiзних температурах
попереднього вiдпалу. Розкладенi на компоненти спектри W4f- та S2p-рiвней представлено
тiльки для зразка 1 (рис. 1). Для всiх зразкiв показано вiдноснi вклади компонент W4f- та
S2p-спектрiв при рiзних температурах попереднього вiдпалу (рис. 2).
Таблиця 1. Результати рентгенiвських дослiджень нанокристалiчних порошкiв 2H-WS2
Номер
зразка
Сполука
Параметри елементарних
комiрок, нм
Середнi розмiри наночастинок,
нм, в напрямках
a c [013] [110]
1 2H-WS2 0,31565(4) 1,2480(5) 3,8(3) 17(1)
2 2H-WS2 0,31522(2) 1,2374(1) 7,1(4) 27,8(9)
3 2H-WS2 0,31517(2) 1,2359(2) 57(4) 76(5)
88 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
Рис. 2. Вiдноснi вклади компонент W4f7/2- та S2p3/2-спектрiв для наночастинок 2Н-WS2 (зразки 1–3) для
рiзних температур попереднього вiдпалу
Поверхня наночастинок 2Н-WS2 (зразок 1) при 293 К сформована в основному фа-
зою 2Н-WSx(OH)n, яка утворилася внаслiдок контакту поверхнi з повiтрям (компоненти e
на рис. 1, а з Eзв W4f7/2 = 32,8 еВ та компоненти c на рис. 1, б з Eзв S2p3/2 = 162,5 еВ) [11–
14]. На поверхнi цих наночастинок зафiксована також фаза з Eзв W4f7/2 = 32,6 еВ (ком-
поненти d, рис. 1, а) та Eзв S2p3/2 = 162,2 еВ (компоненти b, рис. 1, б ) з вiдносним вмi-
стом ≈ 20% та спiввiдношенням S/W = 1,4, що вiдповiдає фазi 2Н-WSx. Пiсля вiдпалу при
473 К фаза 2Н-WSx(OH)n зникає (кривi c–e, рис. 2, а) i поверхня наночастинок практично
повнiстю являє собою фазу 2Н-WSx (кривi b–d, рис. 2, а) з коефiцiєнтом x = Sат/Wат = 1,5.
Такими ж, в основному, є i залежностi вiдносних вкладiв компонент W4f- та S2p-спе-
ктрiв вiд температури для нанокристалiчного 2Н-WS2 з бiльшими розмiрами наночастинок
(зразок 2, рис. 2, б та зразок 3, рис. 2, в). Кореляцiя мiж вкладами вiдповiдних компонент
у температурному дiапазонi вiдпалу, як i у випадку зразка 1, вказує на їх належнiсть до
окремих фаз.
З рис. 2 видно, що поверхня всiх зразкiв нанокристалiчного 2H-WS2 сформована фа-
зою 2Н-WSx (кривi b–d, рис. 2), яка при вiдпалi у вакуумi стає домiнуючою та фазою гидро-
ксиду 2Н-WSx(OH)n(кривi c–e, рис. 2), що зникає при температурах 473–673 К. В W4f-спе-
ктрах всiх зразкiв присутнi компоненти f з Eзв W4f7/2 = 33,0 еВ (компоненти f , рис. 2),
змiни iнтегральних iнтенсивностей яких корелюють з вiдповiдними змiнами компонент а
в S2p-спектрах з Eзв S2p3/2 = 162,0 еВ (компоненти a, рис. 2). Враховуючи величину спiв-
вiдношення Sат/Wат = 2,3, додаткова фаза (кривi a–f, рис. 2) може бути пов’язана з iсну-
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 89
Рис. 3. Величина Sат/Wат (а) та O1s(OH)/W4f (б ) для середнiх розмiрiв d[013] шаруватих наночастинок 2Н-
WS2 (зразки 1–3)
ванням на межi роздiлу збiльшеної кiлькостi шарiв сiрки внаслiдок слабких ван-дер-вааль-
сових сил взаємодiї мiж ними.
Порiвняно з даними для поверхнi частинок мiкронного порошку 2Н-WS2, синтезова-
ного за аналогiчною методикою та дослiдженого методом РФС (Sат/Wат = 2), найбiльш
суттєвою вiдмiннiстю поверхнi нанокристалiчних порошкiв є зменшення величини Sат/Wат
до 1,4–1,5 (рис. 3, а). Це може бути пов’язано з тим, що наночастинки мають “оболонку”
з WSx та мiстять в серединi фазу 2Н-WS2, яка визначена рентгенiвськими дослiдженнями.
Спричинити часткову структурну розупорядкованiсть атомiв W та S або автоiнтеркаля-
цiю в приповерхневих шарах може статистичний розподiл дефектiв за позицiями атомiв S
на поверхнi. Загалом факт значного вiдхилення вiд стехiометрiї характеризує особливостi
реальної структури поверхнi наночастинок 2Н-WS2.
На рис. 3 наведено значення Sат/Wат (a) та O1s(ads)/W4f (б ) для середнiх розмiрiв
d[013] всiх шаруватих наночастинок 2Н-WS2 (зразки 1–3), якi характеризують вiдповiдно
величину нестехiометрiї та вiдносний вмiст ОН-груп на поверхнi наночастинок. Видно, що
при збiльшеннi розмiру d[013] анiзотропних шаруватих наночастинок 2Н-WS2 зростання ве-
личини Sат/Wат супроводжується зменшенням вмiсту на поверхнi ОН-груп (див. рис. 3).
Таким чином, поверхня найменших наночастинок 2Н-WS2 (зразок 1, d[013] = 3,8(3) нм)
є найбiльш нестехiометричною i адсорбує максимальну кiлькiсть ОН-груп, а в дiапазонi
розмiрiв d[013] = 7,1(4) — 57(4) нм (зразки 2 та 3) нестехiометричнiсть поверхнi та кiлькiсть
адсорбату залишаються сталими (рис. 3). Це вказує на iстотний вплив розмiрного фактору
на стан поверхнi наночастинок з d[013] = 3,8(3) нм.
В цiлому, поверхня шаруватих наночастинок 2Н-WS2, на вiдмiну вiд мiкронних части-
нок, є нестехiометричною i вiдповiдає фазi WSx (x = 1,4–1,5). В невiдпалених мiкронному
та нанокристалiчних порошках 2Н-WS2 поверхня зразкiв гiдратована внаслiдок контакту
з повiтрям. Вмiст оксидних i гiдроксидних фаз вольфраму незначний (2–3% (мас.)), фази
WOxS2−x вiдсутнi.
Отримана iнформацiя щодо особливостей реального стану поверхнi дослiджених шару-
ватих наноструктур дозволяє оптимiзувати технологiю синтезу як 2Н-WS2, так i численних
iнтеркаляцiйних нанофаз, що важливо для полiпшення характеристик багатофункцiональ-
них наноматерiалiв на їх основi.
90 ISSN 1025-6415 Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2009, №9
Автори висловлюють щиру подяку канд. хiм. наук Л.Г. Аксельруду, наук. спiвр. В.М. Да-
видову (Львiвський нацiональний унiверситет iм. Iвана Франка) за виконання рентгенiвських
дослiджень та обговорення їх результатiв.
1. Jorther J., Rao C.N.R. Nanostructured advanced materials. Perspectives and directions // Pure Appl.
Chem. – 2002. – 74, No 9. – P. 1491–1506.
2. Tenne R. Inorganic Fullerene-Like Structures and Inorganic Nanotubes from 2-D Layered Compounds //
The Chemistry of Nanostructured Materials / Ed. P. Yang. – Singapore: World Sci. Publ., 2003. – P. 147–
182.
3. Куликов Л.М. Интеркаляционные системы на основе слоистых дихалькогенидов d-переходных ме-
таллов: нанотехнология и перспективы // Наносистемы, наноматериалы и нанотехнологии. – 2004. –
2, вып. 2. – С. 401–416.
4. Chang L., Yang H., Fu W. et al. Synthesis and thermal stability of W/WS2 inorganic fullerene-like
nanoparticles with core-shell structure // Mater. Res. Bulletin. – 2006. – 41, Iss. 7 – P. 1242–1248.
5. Wu J., Fu X. A low-temperature solvothermal method to prepare hollow spherical WS2 nanoparticles
modified by TOA // Materials Lett. – 2007. – 61. – P. 4332–4335.
6. Remskar M., Virsek M., Jesih A. WS2 Nanobuds as a New Hybrid Nanomaterial // Nano Lett. – 2008. –
8, No 1. – 76–80.
7. Shpak A.P., Korduban A.M., Medvedskij M.M., Kandyba V.O. XPS studies of active elements surface
of gas sensors based on WO3−x nanoparticles // J. of Electron Spectroscopy and Related Phenomena. –
2007. – No 156/158. – P. 172–175.
8. Кулiков Л.М., Кьонiг Н. Б. Патент 81588 України, МПК C01В 17/00, C01В 19/00. Спосiб отримання
нанокристалiчних порошкiв дихалькогенiдiв вольфраму; № 200702446. – Заявл. 06.03.2007. – Опубл.
10.01.2008. – Бюл. № 1.
9. Akselrud L.G., Grin Yu., Pecharsky V.K. et al. Use of the CSD program package for structure determi-
nation from powder data // Proc. II Europ. Powder Diffraction Conf. (Enschede, The Netherlands, 1992). –
1993. – Рt. 1. – P. 335.
10. Briggs D., Seach M.P. Practical Surface Analysis by Auger and X-ray Photoelectron Spectroscopy. –
Chichester; New York: John Wiley & Sons Ltd., 1983. – 456 p.
11. Martin-Litas I., Vinatier P., Levasseur A. et al. Characterisation of r. f. sputtered tungsten disulfide and
oxysulfide thin films // Thin Solid Films. – 2002. – 416. – P. 1–9.
12. Vinatier M.P., Levasseur A., Dupin J. C. et al. XPS analysis of the lithium intercalation in amorphous
tungsten oxysulfide thin films // J. Power Sources. – 1999. – No 81–82. – P. 306.
13. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии / Под ред.
Д. Бриггса и М.П. Сиха. – Москва: Мир, 1987. – 598 с.
14. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. – Москва: Химия, 1984. –
254 с.
Надiйшло до редакцiї 11.03.2009Iнститут металофiзики
iм. Г.В. Курдюмова НАН України, Київ
Iнститут проблем матерiалознавства
iм. I. М. Францевича НАН України, Київ
Academician of the NAS of Ukraine A.P. Shpak, O.M. Korduban, L. M. Kulikov,
T.V. Kryshchyk, N.B. Konig, V. O. Kandyba
Electronic structure of the surface of nanocrystalline tungsten disulfide
The electronic structure of the surface of nanocrystalline samples 2H-WS2 with different mean sizes
of anisotropic nanoparticles is studied by the XPS method after annealing at 293–1073 K. According
to the XPS data, the surface of 2H-WS2 nanoparticles is nonstoichiometric and corresponds to the
WSx phase, where x = 1.4–1.5. For the least 2H-WS2 nanoparticles with d[013] = 3.8(3) nm and
d[110] = 17(1) nm, the influence of the size factor on the surface state is fixed.
ISSN 1025-6415 Доповiдi Нацiональної академiї наук України, 2009, №9 91
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18713 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1025-6415 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:41:23Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Шпак, А.П. Кордубан, О.М. Куліков, Л.М. Крищук, Т.В. Кьоніг, Н.Б. Кандиба, В.О. 2011-04-08T17:18:15Z 2011-04-08T17:18:15Z 2009 Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму / А.П. Шпак, О.М. Кордубан, Л.М. Кулiков, Т.В. Крищук, Н.Б. Кьонiг, В.О. Кандиба // Доп. НАН України. — 2009. — № 9. — С. 87-91. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18713 535 Електронна структура поверхнi нанокристалiчних зразкiв 2H-WS2 з рiзним середнiм розмiром анiзотропних наночастинок була дослiджена методом РФС пiсля вiдпалу при 293–1073 К. Згiдно з даними РФС, поверхня наночастинок 2H-WS2 є нестехiометричною i вiдповiдає фазi WSx, де x = 1,4–1,5. Для найменших наночастинок 2H-WS2 з d[013] = 3,8(3) нм; d[110] = 17(1) нм зафiксовано вплив на стан поверхнi розмiрного фактора. The electronic structure of the surface of nanocrystalline samples 2H-WS2 with different mean sizes of anisotropic nanoparticles is studied by the XPS method after annealing at 293–1073 K. According to the XPS data, the surface of 2H-WS2 nanoparticles is nonstoichiometric and corresponds to the WSx phase, where x = 1.4–1.5. For the least 2H-WS2 nanoparticles with d[013] = 3.8(3) nm and d[110] = 17(1) nm, the influence of the size factor on the surface state is fixed. Автори висловлюють щиру подяку канд. хiм. наук Л. Г. Аксельруду, наук. спiвр. В.М. Давидову (Львiвський нацiональний унiверситет iм. Iвана Франка) за виконання рентгенiвських дослiджень та обговорення їх результатiв. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Фізика Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму Electronic structure of the surface of nanocrystalline tungsten disulfide Article published earlier |
| spellingShingle | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму Шпак, А.П. Кордубан, О.М. Куліков, Л.М. Крищук, Т.В. Кьоніг, Н.Б. Кандиба, В.О. Фізика |
| title | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| title_alt | Electronic structure of the surface of nanocrystalline tungsten disulfide |
| title_full | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| title_fullStr | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| title_full_unstemmed | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| title_short | Електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| title_sort | електронна структура поверхні нанокристалічного дисульфіду вольфраму |
| topic | Фізика |
| topic_facet | Фізика |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18713 |
| work_keys_str_mv | AT špakap elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT kordubanom elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT kulíkovlm elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT kriŝuktv elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT kʹonígnb elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT kandibavo elektronnastrukturapoverhnínanokristalíčnogodisulʹfíduvolʹframu AT špakap electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide AT kordubanom electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide AT kulíkovlm electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide AT kriŝuktv electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide AT kʹonígnb electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide AT kandibavo electronicstructureofthesurfaceofnanocrystallinetungstendisulfide |