Interaction of oxygen molecules with MoS2 monolayers

dc.contributor.advisor1Rosa, Andreia Luisa da
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1038061895538870
dc.contributor.referee1Rosa, Andreia Luisa Da
dc.contributor.referee2Pontes, Renato Borges
dc.contributor.referee3Tobaldi, David Maria
dc.creatorGomes, Lucca Moraes
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/4818728627485244
dc.date.accessioned2026-06-30T20:56:10Z
dc.date.available2026-06-30T20:56:10Z
dc.date.issued2026-05-15
dc.description.abstractTransition-metal dichalcogenides (TMDs) form a versatile class of two- dimensional semiconductors whose properties can be engineered more directly than those of graphene. Among them, monolayer 2H–MoS2 stands out: the indirect gap in the bulk becomes direct in the monolayer, which is very promising for electronic and optoelectronic device applications, while the large surface/volume ratio also enhances reactivity to temperature, pressure, and oxygen. In this context, we investigate pristine monolayer MoS2 and the thermodynamics of oxygen incorporation in the TMD matrix, in particular, substitution on sulfur sites, and quantify the resulting modifications to the electronic structure. Moreover, the thermodynamics of MoS2 oxidation remain unresolved; therefore, mapping this reaction is the main objective of this work. Calculations are carried out within density functional theory (DFT). Spin–orbit coupling (SOC) is included to resolve spin-splitting in both valence and conduction bands. It is readily noted that the incorporation of oxygen into MoS2 matrix leads to significant electronic modifications. Defect formation energies are obtained by combining DFT total energies with temperature- and pressure-dependent chemical potential corrections. This procedure enables us to explore and understand the favorability of oxygen incorporation in MoS2 in different environmental conditions. The calculations were performed in ideal conditions (T= 0K) and at experimental conditions where temperature and pressure effects were considered. It can be observed that the formation energy diagrams are in good agreement with the experimental results. Moreover, the barriers for sulfur-vacancy passivation were calculated in two different paths, as well as the thermal stability of the oxygen-substituted MoS2 in the dilute regime.eng
dc.description.resumoOs dicalcogenetos de metais de transição (TMDs) constituem uma classe versátil de semicondutores bidimensionais cujas propriedades podem ser ajustadas de forma mais direta do que as do grafeno. Dentre eles, a monocamada de 2H–MoS2 se destaca: o gap indireto no material bulk torna-se direto na monocamada, o que é bastante promissorparaaplicaçõesemdispositivoseletrônicoseoptoeletrônicos,enquantoaelevada razão superfície/volume também aumenta a reatividade à temperatura, à pressão e ao oxigênio. Nesse contexto, investigamos a monocamada de MoS2 pura e a termodinâmica da incorporação de oxigênio na matriz do TMD, em particular a substituição em sítios de enxofre, e quantificamos as modificações resultantes na estrutura eletrônica. Além disso, a termodinâmica da oxidação do MoS2 permanece não completamente esclarecida; portanto, o mapeamento dessa reação constitui o principal objetivo deste trabalho. Os cálculos são realizados no âmbito da teoria do funcional da densidade (DFT). O acoplamento spin–órbita (SOC) é incluído para resolver a separação de spin tanto nas bandas de valência quanto nas bandas de condução. Observa-se que a incorporação de oxigênio na matriz do MoS2 leva a modificações eletrônicas significativas. As energias de formação de defeitos são obtidas combinando as energias totais de DFT com correções dos potenciais químicos dependentes de temperatura e pressão. Esse procedimento nos permite explorar e compreender a favorabilidade da incorporação de oxigênio no MoS2 em diferentes condições ambientais. Os cálculos foram realizados em condições ideais (T = 0 K) e em condições experimentais, nas quais os efeitos de temperatura e pressão foram considerados. Observa-se que os diagramas de energia de formação estão em boa concordância com os resultados experimentais. Além disso, as barreiras para a passivação de vacâncias de enxofre foram calculadas para dois caminhos distintos, assim como a estabilidade térmica do MoS2 com oxigênio substitucional no regime diluído.
dc.identifier.citationGOMES, Lucca Moraes. Interaction of oxygen molecules with MoS2 monolayers. 2026. [105] f. Dissertação (Mestrado em Física) - Instituto de Física, Universidade Federal de Goiás, Goiânia, 2026.
dc.identifier.urihttps://repositorio.bc.ufg.br/tede/handle/tede/15517
dc.languagePortuguêspor
dc.publisherUniversidade Federal de Goiáspor
dc.publisher.countryBrasilpor
dc.publisher.departmentInstituto de Física - IF (RMG)
dc.publisher.initialsUFGpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-graduação em Física (IF)
dc.rightsAcesso Embargado
dc.subjectMateriais 2Dpor
dc.subject2H-MoS2por
dc.subjectTeoria do funcional da densidadepor
dc.subjectOxidaçãopor
dc.subject2D materialseng
dc.subjectDensity functional theoryeng
dc.subjectOxidationeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
dc.titleInteraction of oxygen molecules with MoS2 monolayers
dc.title.alternativeInteração de moléculas de oxigênio com monocamadas de MoS2eng
dc.typeDissertação

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