Molybdenum disulfide quantum dots exfoliated with nucleotides: Spectroscopy and temporal stability analysis

Автор(и)

  • N. V. Kurnosov B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine
  • I. M. Voloshin B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine
  • V. A. Valeev B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine
  • A. M. Plokhotnichenko B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine
  • V. A. Karachevtsev B. Verkin Institute for Low Temperature Physics and Engineering of the National Academy of Sciences of Ukraine Kharkiv 61103, Ukraine

DOI (Low Temperature Physics):


https://doi.org/10.1063/10.0043343

Ключові слова:

molybdenum disulfide, quantum dots, photoluminescence, ultrasound-assisted liquid phase exfoliation

Анотація

Подрібнення дихалькогенідів перехідних металів (TMDCs) від об’ємних кристалів до двовимірних листів (2D) та квантових точок (0D) відкриває нові властивості, зокрема люмінесценцію у видимому діапазоні, та забезпечує їх застосування у таких сферах, як фотокаталіз, сенсори та біоімаджинг. У даній роботі ми успішно диспергували MoS2 за допомогою ультразвукового відлущення в рідкій фазі, використовуючи водні розчини дезоксиаденозинмонофосфату (dAMP), дезоксигуанозинмонофосфату (dGMP), дезоксици тидинмонофосфату (dCMP) та уридинмонофосфату (UMP). Фотолюмінесценція (PL), яка пов’язана з квантовими точками MoS2 (MoS2 QDs), була зареєстрована для всіх суспензій MoS2. Порівняння інтенсивності, положення максимуму та спектральної ширини смуги PL вказує на суттєву роль взаємодії між MoS2 та азотистими основами під час відлущення MoS2, колоїдної стабілізації та отримання люмінесцентних QDs. Зазначимо, що найбільша інтенсивність і відносний квантовий вихід PL спостерігалися для суспензії MoS2-dAMP. За допомогою спектроскопії поглинання у видимому та УФ діапазонах, а також раманівської спектроскопії показано, що послідовне застосування двох методів ультразвукової обробки та кількох етапів центрифугування забезпечує розділення 2D-нанолистів MoS2 і MoS2 QDs та покращення властивостей випромінювання. Аналіз смуги PL дозволив припустити, що випромінювання здебільшого зумовлене дефектними поверхневими станами, хоча високо енергетичну компоненту смуги PL у спектрі було віднесено до випромінювання з власних станів MoS2 QDs. Спостереження у часі PL від MoS2 QDs показали високу стабільність випромінювання впродовж тривалого часу, незважаючи на зростання відносного внеску світіння, пов’язаного з дефектами.

Посилання

1. K. F. Mak, C. Lee, J. Hone, J. Shan, and T. F. Heinz, Phys. Rev. Lett. 105, 136805 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.105.136805

2. W. Zhao, J. Pan, Y. Fang, X. Che, D. Wang, K. Bu, and F. Huang, Chem. Eur. J. 24, 15942 (2018). https://doi.org/10.1002/chem.201801018

3. A. K. Singh, P. Kumar, D. J. Late, A. Kumar, S. Patel, and J. Singh, Appl. Mater. Today 13, 242 (2018). https://doi.org/10.1016/j.apmt.2018.09.003

4. T. Liu and Z. Liu, Adv. Healthcare Mater. 7, 1701158 (2018). https://doi.org/10.1002/adhm.201701158

5. C. Backes, R. J. Smith, N. McEvoy, N. C. Berner et al, Nat. Commun. 5, 4576 (2014). https://doi.org/10.1038/ncomms5576

6. Z. X. Gan, L. Z. Liu, H. Y. Wu, Y. L. Hao, Y. Shan, X. L. Wu, and P. K. Chu, Appl. Phys. Lett. 106, 233113 (2015). https://doi.org/10.1063/1.4922551

7. H. Jin, M. Ahn, S. Jeong, J. H. Han, D. Yoo, D. H. Son, and J. Cheon, J. Am. Chem. Soc. 138, 13253 (2016). https://doi.org/10.1021/jacs.6b06972

8. G. Eda, H. Yamaguchi, D. Voiry, T. Fujita, M. Chen, and M. Chhowalla, Nano Lett. 11, 5111 (2011). https://doi.org/10.1021/nl201874w

9. S. Mukherjee, R. Maiti, A. Midya, S. Das, and S. K. Ray, ACS Photonics 2, 760 (2015). https://doi.org/10.1021/acsphotonics.5b00111

10. D. Bhattacharya, S. Mukherjee, R. K. Mitra, and S. K. Ray, Nanotechnology 31, 145701 (2020). https://doi.org/10.1088/1361-6528/ab61ce

11. J.-Y. Wu, X.-Y. Zhang, X.-D. Ma, Y.-P. Qiu, and T. Zhang, RSC Adv. 5, 95178 (2015). https://doi.org/10.1039/C5RA19201C

12. K. Zhou, Y. Zhang, Z. Xia, and W. Wei, Nanotechnology 27, 275101 (2016). https://doi.org/10.1088/0957-4484/27/27/275101

13. V. Nguyen, Q. Dong, L. Yan, N. Zhao, and P. H. Le, J. Lumin. 214, 116554 (2019). https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2019.116554

14. S. Roy, A. S. Sharbirin, Y. Lee, W. B. Kim, T. S. Kim, K. Cho, K. Kang, H. S. Jung, and J. Kim, Nanomater. 10, 1032 (2020). https://doi.org/10.3390/nano10061032

15. S. P. Caigas, S. R. Merden Santiago, T.-N. Lin, C.-A. J. Lin, C.-T. Yuan, J.-L. Shen, and T.-Y. Lin, Appl. Phys. Lett. 112, 092106 (2018). https://doi.org/10.1063/1.5009638

16. X. Wang, Q. Wu, K. Jiang, C. Wang, and C. Zhang, Sens. Actuators B Chem. 252, 183 (2017). https://doi.org/10.1016/j.snb.2017.05.177

17. Z. Gan, Q. Gui, Y. Shan, P. Pan, N. Zhang, and L. Zhang, J. Appl. Phys. 120, 104503 (2016). https://doi.org/10.1063/1.4962318

18. D. Gopalakrishnan, D. Damien, B. Li, H. Gullappalli, V. K. Pillai, P. M. Ajayan, and M. M. Shaijumon, Chem. Commun. 51, 6293 (2015). https://doi.org/10.1039/C4CC09826A

19. A. Thomas and K. B. Jinesh, ACS Omega 7, 6531 (2022). https://doi.org/10.1021/acsomega.1c05432

20. D. Haldar, D. Dinda, and S. K. Saha, J. Mater. Chem. C 4, 6321 (2016). https://doi.org/10.1039/C6TC01811D

21. B. Li, L. Jiang, X. Li, P. Ran, P. Zuo, A. Wang, L. Qu, Y. Zhao, Z. Cheng, and Y. Lu, Sci. Rep. 7, 11182 (2017). https://doi.org/10.1038/s41598-017-10632-3

22. J. Hao, G. Song, T. Liu, X. Yi, K. Yang, L. Cheng, and Z. Liu, Adv. Sci. 4, 1600160 (2016). https://doi.org/10.1002/advs.201600160

23. S. Xu, D. Li, and P. Wu, Adv. Funct. Mater. 25, 1127 (2015). https://doi.org/10.1002/adfm.201403863

24. J. Kabel, S. Sharma, A. Acharya, D. Zhang, and Y. K. Yap, J. Carbon Res. C 7, 45 (2021). https://doi.org/10.3390/c7020045

25. Y. Guo and J. Li, Mater. Sci. Eng. C 109, 110511 (2020). https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.110511

26. J. Gao, B. Li, J. Tan, P. Chow, T.-M. Lu, and N. Koratkar, ACS Nano 10, 2628 (2016). https://doi.org/10.1021/acsnano.5b07677

27. N. Pallikkarathodi Mani, M. Ganiga, and J. Cyriac, Chem. Select 2, 5942 (2017).https://doi.org/10.1002/slct.201700937

28. J. N. Coleman, M. Lotya, A. O’Neill, S. D. Bergin et al, Science 331, 568 (2011). https://doi.org/10.1126/science.1194975

29. D. Sahoo, B. Kumar, J. Sinha, S. Ghosh, S. Sinha Roy, and B. Kaviraj, Sci. Rep. 10, 10759 (2020). https://doi.org/10.1038/s41598-020-67683-2

30. D. Gopalakrishnan, D. Damien, and M. M. Shaijumon, ACS Nano 8, 5297 (2014). https://doi.org/10.1021/nn501479e

31. B. L. Li, L. X. Chen, H. L. Zou, J. L. Lei, H. Q. Luo, and N. B. Li, Nanoscale 6, 9831 (2014). https://doi.org/10.1039/C4NR02592J

32. R. J. Smith, P. J. King, M. Lotya, C. Wirtz et al, Adv. Mater. 23, 3944 (2011). https://doi.org/10.1002/adma.201102584

33. G. Guan, S. Zhang, S. Liu, Y. Cai et al, J. Am. Chem. Soc. 137, 6152 (2015). https://doi.org/10.1021/jacs.5b02780

34. G. S. Bang, S. Cho, N. Son, G. W. Shim, B.-K. Cho, and S.-Y. Choi, ACS Appl. Mater. Interfaces 8, 1943 (2016). https://doi.org/10.1021/acsami.5b10136

35. M. Ayan-Varela, O. Perez-Vidal, J. I. Paredes, J. M. Munuera et al, ACS Appl. Mater. Interfaces 9, 2835 (2017). https://doi.org/10.1021/acsami.6b13619

36. M. Cicuendez, V. S. Silva, J. Santos, A. Coimbra, H. Oliveira, M. Ayan-Varela, J. I. Paredes, S. Villar-Rodil, and M. Vila, Mater. Sci. Eng. C 100, 11 (2019). https://doi.org/10.1016/j.msec.2019.02.002

37. X. Liu, H. Chen, J. Lin, Y. Li, and L. Guo, Chem. Commun. 55, 2972 (2019). https://doi.org/10.1039/C8CC10259G

38. J. P. Wilcoxon, P. P. Newcomer, and G. A. Samara, J. Appl. Phys. 81, 7934 (1997). https://doi.org/10.1063/1.365367

39. D.-H. Kim, C. Kim, D. Kim, S. Y. Lee, D.-J. Lee, H.-D. Kim, and G. T. Kim, Appl. Surf. Sci. 535, 147661 (2021). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2020.147661

40. S.-M. Tabatabaei, N. Honari, M.-J. Farshchi-Heydari, M. Rastgoo, and M. Fathipour, Appl. Surf. Sci. 501, 143892 (2020). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2019.143892

41. S. Feng, C. Cong, N. Peimyoo, Y. Chen et al, Nano Res. 11, 1744 (2018). https://doi.org/10.1007/s12274-017-1792-z

42. V. A. Karachevtsev, N. V. Kurnosov, S. G. Stepanian, I. M. Voloshin, O. S. Lytvyn, A. M. Plokhotnichenko, and L. Adamowicz, J. Nanopart. Res. 24, 236 (2024). https://doi.org/10.1007/s11051-024-06144-7

43. A. O’Neill, U. Khan, and J. N. Coleman, Chem. Mater. 24, 2414 (2012). https://doi.org/10.1021/cm301515z

44. J. Kaur, A. M. Gravagnuolo, P. Maddalena, C. Altucci, P. Giardina, and F. Gesuele, RSC Adv. 7, 22400 (2017). https://doi.org/10.1039/C7RA01680H

45. A. Ghorai, S. K. Ray, and A. Midya, ACS Appl. Nano Mater. 2, 1170 (2019). https://doi.org/10.1021/acsanm.8b02002

46. A. Molina-Sanchez, K. Hummer, and L. Wirtz, Surf. Sci. Rep. 70, 554 (2015). https://doi.org/10.1016/j.surfrep.2015.10.001

47. H. Li, Q. Zhang, C. C. R. Yap, B. K. Tay, T. H. T. Edwin, A. Olivier, and D. Baillargeat, Adv. Funct. Mater. 22, 1385 (2012). https://doi.org/10.1002/adfm.201102111

48. B. Chakraborty, H. S. S. Ramakrishna Matte, A. K. Sood, and C. N. R. Rao, J. Raman Spectroscopy 44, 92 (2013). https://doi.org/10.1002/jrs.4147

49. W. Qiao, S. Yan, X. Song, X. Zhang, X. He, W. Zhong, and Y. Du, Appl. Surf. Sci. 359, 130 (2015). https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2015.10.089

50. P. Sagar, M. Srivastava, R. Prakash, and S. K. Srivastava, Anal. Methods 12, 3014 (2020). https://doi.org/10.1039/D0AY00899K

51. Y. Xu, L. Yan, X. Li, and H. Xu, Sci. Rep. 9, 2931 (2019). https://doi.org/10.1038/s41598-019-38929-5

52. W. M. Parkin, A. Balan, L. Liang, P. M. Das, M. Lamparski, C. H. Naylor, J. A. Rodriguez-Manzo, A. T. C. Johnson, V. Meunier, and M. Drndic, ACS Nano 10, 4134 (2016). https://doi.org/10.1021/acsnano.5b07388

53. Y. Li, X. Wang, M. Liu, H. Luo, L. Deng, L. Huang, S. Wei, C. Zhou, and Y. Xu, Nanomater. 9, 906 (2019). https://doi.org/10.3390/nano9060906

54. S.-L. Zhang, H. Jung, J.-S. Huh, J.-B. Yu, and W.-C. Yang, J. Nanosci. Nanotechnol. 14, 8518 (2014). https://doi.org/10.1166/jnn.2014.9984

55. K. H. Park, S. Jung, J. Kim, B.-M. Ko, W.-G. Shim, S.-J. Hong, and S. H. Song, Nanomater. 11, 1464 (2021). https://doi.org/10.3390/nano11061464

Downloads

Опубліковано

2026-03-24

Як цитувати

(1)
N. V. Kurnosov, I. M. Voloshin, V. A. Valeev, A. M. Plokhotnichenko, and V. A. Karachevtsev, Molybdenum disulfide quantum dots exfoliated with nucleotides: Spectroscopy and temporal stability analysis , Low Temp. Phys. 52, 560–567, (2026) [Fiz. Nyzk. Temp. 52, 625–633, (2026)] DOI: https://doi.org/10.1063/10.0043343.

Номер

Том 52 № 5 (2026)

Розділ

Статті

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.