MoS$_2$ nanosheets have been used in various applications but their inert basal plane has limited the further use of MoS$_2$ nanosheets. Although attempts have been made to activate inert basal plane of MoS$_2$ nanosheets by phase transition, production of hole, or forming composite, processing of MoS$_2$ nanosheets usually needs additional chemical treatment. In this study, simple and economical production of MoS$_2$ nanosheets-based materials has been studied to minimize the complexity of the conventional methods.
Heat treatment and use of organic solvents are the major drawbacks in the conventional production of MoS$_2$ nanosheets-based materials. To resolve the problems, fast and simple hydrodynamic production of MoS$_2$ nanosheets-based materials was developed using a Taylor-Couette flow reactor. The high shear stress of the Taylor-Couette flow enabled exfoliation of pristine MoS$_2$ and induced phase transition from 2H-MoS$_2$ to 1T-MoS$_2$ which contains active basal plane. When additional LiCl aqueous solution was used, Li-ion desulfurized MoS$_2$ in the form of Li$_2$S and produced holes on basal plane of MoS$_2$ nanosheets, resulting in holey 1T/2H-MoS$_2$ nanosheets. Also, a fast and simple synthesis of Fe$_2$O$_3$@MoS$_2$ 0D/2D-nanocomposite material was developed. High shear stress and mixing characteristics of Taylor-Couette flow were used for exfoliation of MoS$_2$ and synthesis of uniform Fe$_2$O$_3$ nanoparticles on MoS$_2$ nanosheets, resulting in a Fe$_2$O$_3$@MoS$_2$ in the form of 0D/2D-nanocomposite material.
To demonstrate that the basal plane of MoS$_2$ nanosheets-based materials has chemical activity for the adsorption, both MoS$_2$ nanosheets-based materials were applied to the removal of ionic dyes by adsorption, and holey 1T/2H-MoS$_2$ nanosheets and Fe$_2$O$_3$@MoS$_2$ nanocomopiste showed higher adsorption capacity for methylene blue and methyl orange, respectively, compared to that of previously reported MoS$_2$-based adsorbents. Presented one-step hydrodynamic production of MoS$_2$ nanosheets-based materials would be a better option to produce MoS$_2$ nanosheets-based materials economically for various applications.
본 연구에서는 이황화 몰리브데넘 나노시트기반 물질의 생산에 있어 기존 방법들의 문제점이었던 생산 과정의 복잡함을 줄이고 간단하며 경제적인 제조방법에 대한 연구를 진행하였다. 테일러-쿠에트 흐름의 전단 응력을 이용하여 이황화 몰리브데넘의 박리 및 반도체상에서 금속상으로 상전이를 일으킴과 동시에 리튬 이온을 이용한 탈황 반응을 통해 나노시트에 구멍을 생성함으로써 다공성 금속/반도체상-이황화 몰리브데넘 나노시트를 생산하는 방법과 테일러-쿠에트 흐름의 전단 응력과 혼합 특성을 이용하여 이황화 몰리브데넘을 박리하고 나노시트 위에 산화철(Ⅲ) 나노 입자를 합성하여 산화철(Ⅲ)@이황화 몰리브데넘 나노화합물을 생산하는 방법을 개발하였다. 이렇게 제조 된 두 물질의 기저면이 흡착에 필요한 화학적 활성을 가지는 것을 확인하기 위해 두 물질을 이온성 염료의 흡착에 적용하였으며, 두 물질 모두 기존의 이황화 몰리브데넘 기반 흡착제들에 비하여 높은 흡착 용량을 보였고 이를 통해 기저면의 활성이 증가한 것을 확인하였다. 본 연구의 수력학적 단일 단계 생산방법을 사용하여 이황화 몰리브데넘 나노시트기반 물질을 경제적으로 제조할 수 있으므로 이는 이황화 몰리브데넘 나노시트를 이온성 염료의 흡착을 포함한 다양한 응용 분야에 사용할 수 있게 할 것으로 기대한다.
