Структурный дизайн и химическое конструирование фототермических наноматериалов на основе дихалькогенидов переходных металлов

С использованием метода химического расслаивания кристаллов были получены нанодисперсные фазы дисульфида молибдена и ряда его слоистых соединений с органическими модифицирующими добавками, перспективные для разработки фототермических материалов. В качестве модификаторов использованы алкиламмонийные соединения различного строения, производные гуанидина, тирозин, полиэтиленоксид. Определены условия получения гибридных слоистых соединений MoS2, в том числе четырех не описанных ранее, в монофазном виде и в виде смесей с дисперсным MoS2. Разработана методика суспендирования материалов в водной и водно-органической среде. Изучено два подхода к регулированию соотношения металлической (1T) и полупроводниковой (2H) фаз MoS2 в материалах. Они основаны на варьировании зарядового состояния атомов Mo в прекурсоре и частичном интеркалировании органическим гостем. Установлено, что частичное интеркалирование с последующей термообработкой позволяет получать наиболее дисперсные материалы смешанного (1T,2H) состава. Материалы охарактеризованы с использованием порошковой рентгеновской дифракции (XRD), просвечивающей электронной микроскопии (TEM), дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC), рентгено-фотоэлектронной спектроскопии (XPS). Определен их фазовый состав, толщины гостевых слоев, проведено структурное моделирование. Найдено, что дисперсность интеркалированной и неинтеркалированной фаз MoS2 в материалах, полученных способом частичного интеркалирования, значительно увеличивается по сравнению с однофазными образцами. С использованием метода DSC найдено, что неинтеркалированный 1T-MoS2 переходит при нагреве в 2H форму при заметно меньших температурах (100 oC), чем 1T-MoS2, стабилизированный гостевыми катионами (170-190 oС). Согласно данным XPS, использованные органические модификаторы достаточно хорошо стабилизируют высокое содержание 1T фазы как при комнатной, так и при повышенной температуре. Прогрев частично интеркалированных материалов, как установлено, понижает 1T/2H соотношение соответственно содержанию нестабилизированной 1T фазы. Выявленные закономерности позволяют направленно регулировать фазовое соотношение 1T/2H MoS2 в данных материалах при мягкой термообработке. Проведен углубленный структурный и квантовохимический анализ слоистых соединений MoS2 с протонированными молекулами гуанидина и его алифатического производного, 1,5,7-триазобицикло[4.4.0]дец-5-ена, с использованием ТЕМ, DSC, моделирования дифракционного профиля и расчетов методом функционала плотности. Проведен топологический анализ расчетного распределения электронной плотности в данных соединениях, рассчитаны энергии связывания молекул со слоями MoS2, обсуждены различия в природе связывающих взаимодействий в данных системах.