Síntesis de MoS2 vía sulfurización de películas delgadas de Mo: efecto de la temperatura en la actividad SERS para la detección de Rodamina 6G

Mar del Plata

Congreso; XX Congreso de Metalurgia y Materiales (SAM-CONAMET 2022); 2022

SAM-CONAMET

Los dicalcogenuros de metales de transición (DMT) son materiales cuya fórmula general es MX2, donde M es un metal de transición como molibdeno o tungsteno, mientras que X se refiere a calcógenos tales como azufre, selenio o telurio. En su estructura, cada átomo metálico M se encuentra coordinado a 6 calcógenos X por una fuerte unión covalente formando capas bidimensionales, que se apilan por interacciones de Van Der Waals. Estas interacciones débiles confieren a los DMT la capacidad de formar nanomateriales bidimensionales, lo que les brinda propiedades particulares que los diferencian del material masivo.Esta capacidad de modificar sus propiedades con el numero de capas, como así también su elevada relación superficie/volumen, y su potencial biocompatibilidad, ha colocado a los DMT como sustratos prometedores para la detección de compuestos químicos y biológicos vía SERS, es decir, sustratos que logren incrementar la respuesta espectroscópica Raman de un dado analito, mediante fenómenos de superficie.Dentro de esta familia, el MoS2 reviste especial interés debido a su gran estabilidad en medios ácidos y básicos y a su potencial implementación en diversas áreas. En cuanto a su aplicación como sustrato en SERS, en 2014 se reportó por primera vez que tras someter a películas delgadas de MoS2 a un tratamiento con plasma de Argón u Oxígeno, fue posible incrementar notablemente la intensidad de las señales Raman de la Rodamina 6G (R6G). Y desde entonces, se ha tratado de estudiar distintas formas de optimizar la actividad SERS de estos sustratos. Al respecto, se encontró que es posible incrementar la respuesta espectroscópica de la R6G al disminuir el número de capas, favorecer el crecimiento vertical de los cristales de MoS2, mediante tratamientos térmicos, con UV-Ozono, a través de la aplicación de pulsos con un láser de femtosegundos, etc. Sin embargo, muchos de estos trabajos se han centrado en la modificación del MoS2 una vez obtenido, ya sea por exfoliación del material cristalino, o mediante métodos sintéticos que carecen de control en el espesor y uniformidad a gran escala. En este contexto, para proyectar una futura aplicación a gran escala del MoS2 como sustrato SERS, es necesario en primera instancia escoger el método de síntesis más adecuado, luego, estudiar el efecto de los parámetros sintéticos que permitan optimizar su función, y posteriormente estudiar las propiedades del material con los fines de encontrar una correlación estructura-propiedad-actividad.Por esta razón, en este trabajo se estudió el efecto de la temperatura de síntesis en las propiedades ópticas, el espesor y la textura del MoS2 obtenido a partir de la sulfurización de películas predepositadas de Mo sobre SiO2, y se evaluó su impacto en la actividad SERS para la detección de Rodamina 6G. Se sulfurizaron películas de 1nm de Mo en el rango de 400-900°C y se caracterizaron mediante elipsometría espectroscópica, espectroscopía Raman, SEM y AFM.Se encontró que el aumento en la temperatura de síntesis produce incremento en la amplitud de los picos excitonicos en la función dieléctrica, lo cual se atribuye a una mayor cristalinidad del MoS2, corroborado por Raman y AFM. Mediante SEM se observó que a temperaturas bajas se obtuvo una alta proporción de cristales verticalmente orientados respecto al sustrato, mientras que a temperaturas altas estos cristales se encuentran acostados, resultado que se condice con los cambios en los espesores elipsométricos efectivos de MoS2. Por último, se observó que todas las muestras presentaron excelentes incrementos en la respuesta espectroscópica con respecto al sustrato de SiO2/Si previo a la síntesis de MoS2, y se encontró que existe una temperatura en la cual la amplificación de la señal Raman es máxima. Al evaluar su respuesta a concentraciones más diluidas, se obtuvo una señal apreciable incluso a una concentración de R6G de 5x10-8 M.Nuestro trabajo muestra cómo es posible controlar las propiedades del MoS2 sintetizado como así también la orientación de sus cristales mediante la temperatura de síntesis, y aporta un método sencillo de optimizar la respuesta espectroscópica SERS del MoS2 mediante parámetros sintéticos, en un esquema de síntesis robusto, que emerge por su capacidad de implementación a gran escala.