Experimental Evaluation of the Hansen Parameters of Layered Dichalcogenides of the Titanium, Vanadium and Molybdenum Subgroups

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Low-dimensional flakes of the MX2 (M — Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mo, W, and X – S, Se, Te) in various organic solvents were obtained by liquid-phase exfoliation during ultrasonic treatment. The Hansen parameters of the obtained low-dimensional materials were calculated based on the Hansen parameters of the solvents and the measured optical absorption. It has been shown that the optical absorption and, consequently, the effectiveness of the solvent as an exfoliating agent increases with a decrease in the Hansen distance between the solvent and the dichalcogenide. The possibility of using the cosine distance between these values as an alternative to the Hansen distance is considered.

About the authors

K. S Nikonov

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russian Federation

L. A Vaimugin

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russian Federation

L. V Moiseeva

Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russian Federation

M. N Brekhovskikh

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Email: mbrekh@igic.ras.ru
Moscow, Russian Federation

V. V Vinokurova

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russian Federation

T. K Menshchikova

N.S. Kurnakov Institute of General and Inorganic Chemistry of the Russian Academy of Sciences

Moscow, Russian Federation

References

  1. Wang Q.H., Kalantar-Zadeh K., Kis A., Coleman J.N., Strano M.S. Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides // Nature Nanotechnol. 2012. V. 7. Р. 699–712. https://doi.org/10.1038/nnano.2012.193
  2. Hansen C.M., Skaarup K. Some aspects of the three dimensional solubility parameter // Dansk Kemi. 1967. V. 48. № 6. P. 81.
  3. Hildebrand H.J. Solubility of non-electrolytes. 2ed. N.Y.: Reinhold, 1936. 203 p.
  4. Venkatram S., Kim Ch., Chandrasekaran A., Ramprasad R. Critical assessment of the Hildebrand and Hansen solubility parameters for polymers // J. Chem. Inf. Model. 2019. V. 59. № 10. P. 4188–4194. https://doi.org/10.1021/acs.jcim.9b00656
  5. Mathieu D. Pencil and paper estimation of Hansen solubility parameters // ACS Omega. 2018. V. 3. № 12. P. 17049–17056. https://doi.org/10.1021/acsomega.8b02601
  6. Anwar O., Amin A.S., Amin A., Kräenbring M.-A., Özcan F., Segets D. Determination of Hansen parameters of nanoparticles: a comparison of two methods using titania, carbon black, and silicon/carbon composite materials // Part. Syst. Char. 2023. V. 40. № 11. P. 2300050. https://doi.org/10.1002/ppsc.202300050
  7. Cunningham G., Lotya M., Cucinotta C.S., Sanvito S., Bergin S.D., Menzel R., Shaffer M.S.P., Coleman. J.N. Solvent exfoliation of transition metal dichalcogenides: dispersibility of exfoliated nanosheets varies only weakly between compounds // ACS Nano. 2012. V. 6. № 4. P. 3468–3480. https://doi.org/10.1021/nn300503e
  8. Gilliam M.S., Yousaf A., Guo Y. Evaluating the exfoliation efficiency of quasi-2D metal diboride nanosheets using Hansen solubility parameters // Langmuir. 2021. V. 37. № 3. Р. 1194–1205. https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c03138
  9. Wu J., Peng J., Yu Zh., Zhou Y., Guo Y., Li Z., Lin Y., Ruan K., Wu C., Xie Y. Acid-assisted exfoliation toward metallic sub-nanopore TaS2 monolayer with high volumetric capacitance // J. Am. Chem. Soc. 2018. V. 140. № 1. Р. 493–498. https://doi.org/10.1021/jacs.7b11915
  10. Никонов К.С., Бреховских М.Н., Егорышева А.В., Менщикова Т.К., Федоров В.А. Выращивание монокристаллов селенида и теллурида ванадия(IV) методом химических транспортных реакций // Неорган. материалы. 2017. Т. 53. № 11. С. 1153–1157. https://doi.org/10.7868/S0002337X17110045
  11. Li H., Tan Y., Liu P., Guo C., Luo M., Han J., Lin T., Huang F., Chen M. Atomic-sized pores enhanced electrocatalysis of TaS2 nanosheets for hydrogen evolution // Adv. Mater. 2016. V. 28. № 40. P. 8945–8949. https://doi.org/10.1002/adma.201602502
  12. Yang W., Gan L., Li H., Zhai T. Two-dimensional layered nanomaterials for gas-sensing applications // Inorg. Chem. Front. 2016. V. 3. Р. 433–451. https://doi.org/10.1039/C5QI00251F
  13. Wang F., Mao J. 2D TaSe2 as a zero-strain and high-performance anode material for Li+ storage // Mater. Horiz. 2023. V. 10. № 5. P. 1780–1788. https://doi.org/10.1039/D3MH00072A
  14. Xu G., Wang J., Yan B., Qi X.-L. Topological superconductivity at the edge of transition-metal dichalcogenides // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. № 10. Р. 100505. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.90.100505
  15. Kumar S., Pratap S., Joshi N., Trivedi R., Rout C.S., Chakraborty B. Recent development of two-dimensional tantalum dichalcogenides and their applications // Micro Nanostruct. 2023. V. 181. Р. 207627. https://doi.org/10.1016/j.micrna.2023.207627
  16. Zhou L., Sun Ch., Li X., Tang L., Guo W., Luo L., Zhang M., Teng K.S., Qian F., Lu C., Liang J., Yao Y., Lau S.P. Tantalum disulfide quantum dots: preparation, structure, and properties // Nano Express. 2020. V. 15. Р. 20. https://doi.org/10.1186/s11671-020-3250-1
  17. Mahajan M., Kallatt S., Dandu M., Sharma N., Gupta S., Majumdar K. Light emission from the layered metal 2H-TaSe2 and its potential applications // Commun. Phys. 2019. V. 2. Р. 88. https://doi.org/10.1038/s42005-019-0190-0
  18. Никонов К.С., Ильясов А.С., Бреховских М.Н. Термодинамическая оценка процесса химического транспорта VSe2 и ZrSe2 с Сl2 и I2 в качестве транспортных агентов // Журн. неорган. химии. 2020. Т. 65. № 9. С. 1222–1228. https://doi.org/10.31857/S0044457X20090123
  19. Никонов К.С., Бреховских М.Н., Меншикова Т.К., Федоров В.А. Рост кристаллов ZrSe2 методом химических транспортных реакций с использованием Cl2 в качестве транспортного агента // Неорган. материалы. 2019. T. 55. № 9. C. 952–956.
  20. Никонов К.С., Менщиковa Т.К., Бреховских М.Н. Оценка хансеновских параметров низкоразмерных частиц слоистых дихалькогенидов ванадия, ниобия и тантала // Журн. неорган. химии. 2024. Т. 69. № 5. С. 672–680. https://doi.org/10.31857/S0044457X24050038
  21. Никольский Б.П., Григоров О.Н., Позин М.Е., Порай-Кошиц Б.А., Рабинович В.А., Рачинский Ф.Ю., Романков П.Г., Фридрихсберг Д.А. Справочник химика. Т. 4. Аналитическая химия. Спектральный анализ. Показатели преломления. Л.: Химия, 1967. 920 с.
  22. Рабинович В.А., Хавин З.Я. Краткий химический справочник. Л.: Химия, 1978. 392 с.
  23. Степанова Т.П., Карпенко Е.Д., Капралова В.М. Дипольные моменты N-метилпирролидона в жидком состоянии и в разбавленном водном растворе // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. Физико-математические науки. 2013. № 4. С. 112–116.
  24. Segets D., Gradl J., Taylor R.К., Vassilev V., Peukert W. Analysis of optical absorbance spectra for the determination of ZnO nanoparticle size distribution, solubility, and surface energy // ACS Nano. 2009. V. 3. № 7. Р. 1703–1710. https://doi.org/10.1021/nn900223b

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).