Estrutura eletrônica, orientação molecular e organização em nanoescala de filmes finos de nanocompósitos de MoS2: uma abordagem espectroscópica

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2025
Autor(a) principal: Hellmann, Thauany
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Brasil
Instituto de Química
Programa de Pós-Graduação em Química
UFRJ
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Link de acesso: http://hdl.handle.net/11422/28893
Resumo: In this work, we carried out the spectroscopic characterization of thin films of nanocomposites based on molybdenum disulfide (MoS2) with polyaniline (PANI) and with graphene oxide (GO), obtained through the liquid–liquid interfacial method. MoS2/PANI nanocomposites were synthesized in different aqueous phases, varying the type of acid (H2SO4 and HCl) and the pH (pH 0 and pH 1). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed higher doping levels in the nanocomposites compared to pure PANI, as well as C–S bonds indicating strong interaction with MoS2. Reflection electron energy loss spectroscopy (REELS) showed a reduction in the energy gap, attributed to the elongation of the polymer chains, influenced by the acid type and by the presence of MoS2. MoS2/PANI nanocomposites were also analyzed after aging, and XPS indicated PANI deprotonation and an intensification of interactions with MoS2. Synchrotron infrared nanospectroscopy (SINS) proved particularly effective in identifying chemical variations at the nanometric scale, highlighting the influence of pH and dopant type on the structure and organization of the films. Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy, performed at the nitrogen K-edge, suggested the coexistence of protonated and deprotonated units, indicating partial deprotonation of the polymer. The variation of the incidence angle of the beam showed that molecular organization depends on the synthesis and deposition conditions of the samples. MoS2 and GO nanocomposites were obtained through three interfacial routes: (i) one-pot, (ii) two-step, and (iii) layer-by-layer. Photoemission spectra revealed C–S bonds, indicating chemical interaction between MoS2 and GO. The SINS technique mapped chemical heterogeneities associated with the synthetic route. Films obtained by layer-by-layer deposition showed greater resemblance to pure MoS2 films, whereas those obtained via one-pot and two-step routes exhibited characteristics closer to GO. NEXAFS measurements at the sulfur L2,3-edge indicated a higher degree of structural organization of MoS2 in the nanocomposites compared to the isolated material. The results demonstrate that both the interaction between components and the synthesis route impact the structural and electronic properties of the films, underscoring the importance of synthetic control in the development of new materials.
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X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed higher doping levels in the nanocomposites compared to pure PANI, as well as C–S bonds indicating strong interaction with MoS2. Reflection electron energy loss spectroscopy (REELS) showed a reduction in the energy gap, attributed to the elongation of the polymer chains, influenced by the acid type and by the presence of MoS2. MoS2/PANI nanocomposites were also analyzed after aging, and XPS indicated PANI deprotonation and an intensification of interactions with MoS2. Synchrotron infrared nanospectroscopy (SINS) proved particularly effective in identifying chemical variations at the nanometric scale, highlighting the influence of pH and dopant type on the structure and organization of the films. Near-edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS) spectroscopy, performed at the nitrogen K-edge, suggested the coexistence of protonated and deprotonated units, indicating partial deprotonation of the polymer. The variation of the incidence angle of the beam showed that molecular organization depends on the synthesis and deposition conditions of the samples. MoS2 and GO nanocomposites were obtained through three interfacial routes: (i) one-pot, (ii) two-step, and (iii) layer-by-layer. Photoemission spectra revealed C–S bonds, indicating chemical interaction between MoS2 and GO. The SINS technique mapped chemical heterogeneities associated with the synthetic route. Films obtained by layer-by-layer deposition showed greater resemblance to pure MoS2 films, whereas those obtained via one-pot and two-step routes exhibited characteristics closer to GO. NEXAFS measurements at the sulfur L2,3-edge indicated a higher degree of structural organization of MoS2 in the nanocomposites compared to the isolated material. The results demonstrate that both the interaction between components and the synthesis route impact the structural and electronic properties of the films, underscoring the importance of synthetic control in the development of new materials.Neste trabalho, realizou-se a caracterização espectroscópica de filmes finos de nanocompósitos de dissulfeto de molibdênio (MoS2) com polianilina (PANI) e com óxido de grafeno (GO), obtidos pelo método interfacial líquido-líquido. Nanocompósitos de MoS2/PANI foram sintetizados em diferentes fases aquosas, variando-se o tipo de ácido (H2SO4 e HCl) e o pH (pH 0 e pH 1). A espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS) revelou maior dopagem nos nanocompósitos em relação à PANI pura, além de ligações C–S indicando forte interação com o MoS2. Espectros de perda de energia de elétrons por reflexão (REELS) mostraram redução na energia do gap, atribuída ao aumento das cadeias poliméricas, influenciada pelo ácido e pela presença do MoS2. Nanocompósitos de MoS2/PANI também foram analisados após envelhecimento, e XPS indicou desprotonação da PANI e intensificação das interações com MoS2. A nanoespectroscopia de infravermelho com luz síncrotron (SINS) destacou-se pela capacidade de identificar variações químicas em escala nanométrica, evidenciando a influência do pH e do tipo de dopante na estrutura e organização dos filmes. Medidas de espectroscopia de fotoabsorção de raios X próxima à borda de absorção (NEXAFS), realizadas na borda K do nitrogênio, sugerem a coexistência de unidades protonadas e desprotonadas, indicando desprotonação parcial do polímero. A variação do ângulo de incidência do feixe mostrou que a organização molecular depende das condições de síntese e deposição das amostras. Nanocompósitos de MoS2 e GO foram obtidos por três rotas interfaciais: i) one-pot, ii) two-step e iii) camada por camada. Espectros de fotoemissão revelaram ligações C–S, indicando interação química entre MoS2 e GO. A técnica de SINS mapeou heterogeneidades químicas associadas à rota sintética. Os filmes obtidos por deposição camada por camada apresentaram maior semelhança com os filmes puros de MoS2, enquanto aqueles obtidos pelas rotas one-pot e two-step exibiram características mais próximas ao GO. As medidas de NEXAFS na borda L2,3 do enxofre indicaram maior organização estrutural do MoS2 nos nanocompósitos em comparação ao material isolado. Os resultados mostram que tanto a interação entre os componentes quanto a rota de síntese impactam nas propriedades estruturais e eletrônicas dos filmes, ressaltando a importância do controle da síntese no desenvolvimento de novos materiais.Universidade Federal do Rio de JaneiroBrasilInstituto de QuímicaPrograma de Pós-Graduação em QuímicaUFRJPereira, Maria Luiza Rocco Duartehttps://lattes.cnpq.br/4515687356330538https://lattes.cnpq.br/0387352014438116Ribeiro, Emerson Schwingelhttps://lattes.cnpq.br/4215461340747792Simao, Renata Antounhttps://lattes.cnpq.br/7450433597868881Jakomin, Robertohttps://lattes.cnpq.br/1915624909357425Domingues, Sergio Humbertohttps://lattes.cnpq.br/3585264786800637Hellmann, Thauany2026-03-16T21:48:40Z2026-03-18T03:00:14Z2025-10-03info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisHELLMANN, Thauany. Estrutura eletrônica, orientação molecular e organização em nanoescala de filmes finos de nanocompósitos de MoS2: uma abordagem espectroscópica. 2025. 141 f. Tese (Doutorado em Química) - Instituto de Química, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, 2025.http://hdl.handle.net/11422/28893porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFRJinstname:Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)instacron:UFRJ2026-03-18T03:00:14Zoai:pantheon.ufrj.br:11422/28893Repositório InstitucionalPUBhttp://www.pantheon.ufrj.br/oai/requestpantheon@sibi.ufrj.bropendoar:2026-03-18T03:00:14Repositório Institucional da UFRJ - Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ)false
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