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Optical properties of WS₂@ReSe₂ nanotubules
Vjosa Hoda
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Physik
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Physics
Betreuer*in
Paola Ayala
DOI
10.25365/thesis.79894
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-27504.02236.909080-8
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
In den vergangenen zwei Jahrzehnten standen die einzigartigen elektronischen und optischen Eigenschaften zahlreicher zweidimensionaler Materialien im Zentrum der materialwissenschaftlichen Forschung. Eine besonders wichtige Rolle spielen dabei die sogenannten Übergangsmetall-Dichalkogenide (TMDCs). Aufgrund ihrer speziellen elektronischen, optischen und katalytischen Eigenschaften sind sie für ein breites Anwendungsspektrum interessant, das von flexibler Elektronik und Energieumwandlung bis hin zu fortschrittlicher Sensorik und biomedizinischen Technologien reicht. In dieser Masterarbeit werden hohlzylindrische Heterostrukturen aus ReSe2 und WS2 untersucht, die durch van-der-Waals-Wechselwirkungen gebildet werden und sich zu WS2@ReSe2-Nanoröhren kombinieren lassen. WS2 bildet dabei die innere Schicht und ReSe2 die äußere Schicht der Nanoröhre. Aufgrund ihrer Krümmung, Anisotropie und geänderten Zwischenschichtkopplung besitzen solche Röhren andere Eigenschaften als planare 2D-Heteroschichten. Das Ziel bestand darin, die strukturellen, schwingungs- und optischen Merkmale dieser bislang kaum erforschten Systeme zu erfassen. Zur Charakterisierung wurden Rasterelektronenmikroskopie (REM) und energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) eingesetzt, um die Morphologie und die Elementzusammensetzung zu bestimmen. Ergänzend wurden die Raman- und die Photolumineszenz-(PL)Spektroskopie genutzt, um die Schwingungs- und optischen Eigenschaften zu analysieren. Die REM-Aufnahmen zeigen überwiegend stabförmige Röhren sowie Begleitphasen in Schicht- und Pulverform. Die EDS-Analyse bestätigt die erwarteten Elemente W, Re, S und Se. In den Raman-Spektren lassen sich die Hauptmoden von WS2 und ReSe2 nachweisen. Kleinere Verschiebungen in diesen Graphen gegenüber Literaturwerten lassen sich mit veränderter Zwischenschichtkopplung und der gekrümmten Röhrengeometrie erklären. In der PL treten Emissionsmaxima auf, die deutlich von den für geschichtete WS2@ReSe2 Heterostrukturen unter 532-nm-Anregung typischerweise berichteten Werten um etwa 615 nm abweichen– ein bemerkenswertes Ergebnis, das sowohl die besondere Röhrenmorphologie als auch die experimentellen Randbedingungen (z. B. Anregungs-/Detektionsfenster) widerspiegelt und weitere Kontrollmessungen motiviert. Trotz einzelner experimenteller Herausforderungen (u. a. Probenhomogenität, Instrumentstabilität) bestätigen die Ergebnisse die wesentlichen strukturellen und schwingungsspektroskopischen Merkmale der untersuchten Materialien. Insgesamt bildet die Arbeit eine stabile Grundlage für zukünftige Studien an WS2@ReSe2-Nanoröhren und zeigt, dass röhrenförmige TMDC-Heterostrukturen Eigenschaften ermöglichen, die in planaren Schichtsystemen nicht realisierbar sind.
Abstract
(Englisch)
The unique electronic and optical properties observed or expected from a plethora of two dimensional materials have been the focus of intensive research in material science over the last two decades. Among these materials, transition metal dichalcogenides (TMDCs) take the lead by more than one reason. Not only their unique electronic, optical properties but also their catalytic properties make them useful in a wide range of applications, including flexible electronics, energy conversion, advanced sensors, and biomedical technologies. This Master Thesis focuses on the study of ReSe2 and WS2 tubular heterostructures, which can be bound to each other by van der Waals attraction and can be combined to form tubular heterostructures (WS2@ReSe2). These tubules do not mimic the properties of their 2D counterparts. Therefore, working with these new materials represents the development of new material properties that are not present in the individual layers. During my MSc work, I have aimed at investigating the optical and electronic properties of WS2@ReSe2 heterostructures, where WS2 forms the inner nanotube and is wrapped by a ReSe2 outer nanotube, creating a heterostructure. By combination of solid state spectroscopy techniques, I have consolidated a number of experimental results that provide information on relation and differences in the the structural characteristics of the TMDCs in question (WS2 and ReSe2) and their tubular heterostructures. It is important to mention that WS2@ReSe2 are relatively unexplored because we have used samples that have only recently been materialized. To characterize these nanotubes, scanning electron microscopy (SEM) and energydispersive X-ray spectroscopy (EDS) were used to study their overall morphology and elemental composition, while Raman and photoluminescence (PL) spectroscopy were used to analyze their vibrational and optical properties. SEM images revealed rod-like nanotubes together with bulk and flake-like material, while EDS confirmed the presence of W, Re, S, and Se, consistent with the expected WS2 and ReSe2 composition. With Raman spectroscopy, we were able to observe the main vibrational modes of both WS2 and ReSe2 and compared them in mono-layered as well as bulk materials. These results were further compared with data available in the literature, and some small shifts could be identified and assigned to factors such as interlayer coupling and the curved geometry of the nanotubes. The PL results, showed emission peaks which differ significantly from the expected values for layered WS2@ReSe2 heterostructures (around 615 nm). Despite a number of experimental challenges, the results here presented confirm the main elements and the vibrational features expected. Note that the spectroscopy part of these studies cannot be totally conclusive, since we need to continue working on the sample homogeneity. All in all, this study serves as a solid starting point for future research of WS2@ReSe2.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
TMDCs WS₂@ReSe₂ Röhrenförmige Heterostrukturen van-der-Waals-Kopplung
Schlagwörter
(Englisch)
TMDCs WS₂@ReSe₂ Heterostructure nanotubes van der Waals coupling Raman spectroscopy PL spectroscopy
Autor*innen
Vjosa Hoda
Haupttitel (Englisch)
Optical properties of WS₂@ReSe₂ nanotubules
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
x, 45 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Paola Ayala
Klassifikation
33 Physik > 33.61 Festkörperphysik
AC Nummer
AC17734000
Utheses ID
78356
Studienkennzahl
UA | 066 | 876 | |