Bissulfeto de molibdênio - Molybdenum disulfide
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| Nomes | |
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Nome IUPAC
Dissulfeto de molibdênio
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| Outros nomes
Sulfeto de molibdênio (IV)
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| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol )
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| ChEBI | |
| ChemSpider | |
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100.013.877 
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PubChem CID
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| Número RTECS | |
| UNII | |
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Painel CompTox ( EPA )
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| Propriedades | |
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MoS 2 |
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| Massa molar | 160,07 g / mol |
| Aparência | sólido preto / cinza chumbo |
| Densidade | 5,06 g / cm 3 |
| Ponto de fusão | 2.375 ° C (4.307 ° F; 2.648 K) |
| insolúvel | |
| Solubilidade | decomposto por água régia , ácido sulfúrico quente , ácido nítrico insolúvel em ácidos diluídos |
| Gap de banda | 1,23 eV (indireto, 3R ou 2H em massa) ~ 1,8 eV (direto, monocamada) |
| Estrutura | |
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hP6 , P6 3/ mmc , No. 194 (2H) |
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a = 0,3161 nm (2H), 0,3163 nm (3R), c = 1,2295 nm (2H), 1,837 (3R)
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Trigonal prismático (Mo IV ) Piramidal (S 2− ) |
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| Perigos | |
| Ficha de dados de segurança | MSDS externo |
| Compostos relacionados | |
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Outros ânions
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Óxido de molibdênio (IV) Disseleneto de molibdênio Ditelureto de molibdênio |
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Outros cátions
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Dissulfeto de tungstênio |
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Lubrificantes relacionados
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Grafite |
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Exceto onde indicado de outra forma, os dados são fornecidos para materiais em seu estado padrão (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). |
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 verificar (o que é ?)
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| Referências da Infobox | |
O dissulfeto de molibdênio (ou molibdênio) é um composto inorgânico composto de molibdênio e enxofre . Sua fórmula química é MoS
2.
O composto é classificado como um dichalcogeneto de metal de transição . É um sólido preto prateado que ocorre como o mineral molibdenita , o principal minério do molibdênio. MoS
2é relativamente não reativo. Não é afetado por ácidos diluídos e oxigênio . Na aparência e no toque, o di- sulfeto de molibdênio é semelhante ao grafite . É amplamente utilizado como lubrificante seco devido ao seu baixo atrito e robustez. Bulk MoS
2é um diamagnético , banda proibida indirecta semicondutor semelhante ao silício , com uma banda proibida de 1,23 eV.
Produção
O MoS 2 é encontrado naturalmente como molibdenita , um mineral cristalino, ou jordisita, uma forma rara de molibdenita em baixa temperatura. O minério de molibdenita é processado por flotação para dar MoS relativamente puro
2. O principal contaminante é o carbono. MoS
2também surge por tratamento térmico de virtualmente todos os compostos de molibdênio com sulfeto de hidrogênio ou enxofre elementar e pode ser produzido por reações de metátese de pentacloreto de molibdênio .
Estrutura e propriedades físicas
Fases cristalinas
Todas as formas de MoS
2têm uma estrutura em camadas, na qual um plano de átomos de molibdênio é ensanduichado por planos de íons sulfeto. Esses três estratos formam uma monocamada de MoS 2 . Bulk MoS 2 consiste em monocamadas empilhadas, que são mantidas juntas por fracas interações de van der Waals .
O MoS 2 cristalino é encontrado na natureza como uma de duas fases, 2H-MoS 2 e 3R-MoS 2 , onde o "H" e o "R" indicam simetria hexagonal e romboédrica, respectivamente. Em ambas as estruturas, cada átomo de molibdênio existe no centro de uma esfera de coordenação prismática trigonal e está covalentemente ligado a seis íons sulfeto. Cada átomo de enxofre tem coordenação piramidal e está ligado a três átomos de molibdênio. Ambas as fases 2H e 3R são semicondutoras.
Uma terceira fase cristalina metaestável conhecida como 1T-MoS 2 foi descoberta intercalando 2H-MoS 2 com metais alcalinos. Esta fase tem simetria tetragonal e é metálica. A fase 1T pode ser estabilizada por dopagem com doadores de elétrons como o rênio, ou convertida de volta à fase 2H por radiação de microondas.
Alótropos
Moléculas semelhantes a nanotubos e buckyball compostas de MoS
2 são conhecidos.
Flocos esfoliados MoS 2
Embora o MoS 2 em massa na fase 2H seja conhecido por ser um semicondutor de intervalo de banda indireto, a monocamada MoS 2 tem um intervalo de banda direto. As propriedades optoeletrônicas dependentes de camada do MoS 2 promoveram muitas pesquisas em dispositivos baseados em MoS 2 bidimensionais . 2D MoS 2 pode ser produzido pela esfoliação de cristais a granel para produzir flocos de camada única a poucas camadas por meio de um processo micromecânico seco ou por meio de processamento de solução.
A esfoliação micromecânica, também chamada pragmaticamente de " esfoliação com fita adesiva ", envolve o uso de um material adesivo para separar repetidamente um cristal em camadas superando as forças de van der Waals. Os flocos de cristal podem então ser transferidos do filme adesivo para um substrato. Este método fácil foi usado pela primeira vez por Novoselov e Geim para obter grafeno de cristais de grafite. No entanto, não pode ser empregado para camadas uniformes 1-D devido à adesão mais fraca do MoS 2 ao substrato (seja Si, vidro ou quartzo). O esquema acima mencionado é bom apenas para o grafeno. Embora a fita adesiva geralmente seja usada como fita adesiva, os selos PDMS também podem clivar o MoS 2 de forma satisfatória se for importante evitar a contaminação dos flocos com adesivo residual.
A esfoliação em fase líquida também pode ser usada para produzir MoS 2 de monocamada a multicamadas em solução. Alguns métodos incluem intercalação de lítio para delaminar as camadas e sonicação em um solvente de alta tensão superficial.
Propriedades mecânicas
O MoS 2 se destaca como um material lubrificante (veja abaixo) devido à sua estrutura em camadas e baixo coeficiente de atrito . O deslizamento intercalar dissipa energia quando uma tensão de cisalhamento é aplicada ao material. Um extenso trabalho foi realizado para caracterizar o coeficiente de atrito e resistência ao cisalhamento de MoS 2 em várias atmosferas. A resistência ao cisalhamento de MoS 2 aumenta à medida que o coeficiente de atrito aumenta. Essa propriedade é chamada de superlubricidade . Nas condições ambientais, o coeficiente de atrito para MoS 2 foi determinado como sendo 0,150, com uma resistência ao cisalhamento estimada correspondente de 56,0 MPa. Os métodos diretos de medição da resistência ao cisalhamento indicam que o valor está mais próximo de 25,3 MPa.
A resistência ao desgaste do MoS 2 em aplicações de lubrificação pode ser aumentada dopando o MoS 2 com cromo. Experimentos de microindentação em nanopilares de MoS 2 dopado com Cr descobriram que o limite de escoamento aumentou de uma média de 821 MPa para MoS 2 puro (0 at.% Cr) para 1017 MPa para 50 at. % Cr. O aumento da resistência ao escoamento é acompanhado por uma mudança no modo de ruptura do material. Enquanto o nanopilar de MoS 2 puro falha por meio de um mecanismo de flexão de plástico, os modos de fratura frágil se tornam aparentes à medida que o material é carregado com quantidades crescentes de dopante.
O método amplamente utilizado de esfoliação micromecânica foi cuidadosamente estudado no MoS 2 para compreender o mecanismo de delaminação em flocos de poucas camadas a multicamadas. O mecanismo exato de clivagem foi considerado dependente da camada. Flocos mais finos do que 5 camadas sofrem curvatura e ondulação homogênea, enquanto flocos em torno de 10 camadas de espessura delaminados através do deslizamento entre camadas. Flocos com mais de 20 camadas exibiram um mecanismo de torção durante a clivagem micromecânica. A clivagem desses flocos também foi determinada como reversível devido à natureza da ligação de van der Waals.
Nos últimos anos, o MoS 2 tem sido utilizado em aplicações eletrônicas flexíveis, promovendo mais investigações sobre as propriedades elásticas deste material. Os testes de flexão nanoscópica usando pontas de cantilever AFM foram realizados em flocos MoS 2 esfoliados micromecanicamente que foram depositados em um substrato furado. O limite de escoamento dos flocos de monocamada foi 270 GPa, enquanto os flocos mais grossos também foram mais rígidos, com um limite de escoamento de 330 GPa. Simulações de dinâmica molecular encontraram a força de escoamento no plano de MoS 2 em 229 GPa, o que corresponde aos resultados experimentais dentro do erro.
Bertolazzi e colegas de trabalho também caracterizaram os modos de falha dos flocos de monocamada suspensos. A deformação na falha varia de 6 a 11%. A resistência ao escoamento média da monocamada MoS 2 é 23 GPa, que está próxima da resistência à fratura teórica para o MoS 2 sem defeitos .
A estrutura de banda do MoS 2 é sensível à deformação.
Reações químicas
O dissulfeto de molibdênio é estável no ar e atacado apenas por reagentes agressivos . Ele reage com o oxigênio durante o aquecimento, formando trióxido de molibdênio :
- 2 MoS
2+ 7 O
2→ 2 MoO
3+ 4 SO
2
O cloro ataca o dissulfeto de molibdênio em temperaturas elevadas para formar pentacloreto de molibdênio :
- 2 MoS
2+ 7 Cl
2→ 2 MoCl
5+ 2 S
2Cl
2
Reações de intercalação
O dissulfeto de molibdênio é um hospedeiro para a formação de compostos de intercalação . Esse comportamento é relevante para seu uso como um material catódico em baterias. Um exemplo é um material litiado, Li
xMoS
2. Com butil lítio , o produto é LiMoS
2.
Formulários
Lubrificante
Devido às fracas interações de van der Waals entre as folhas de átomos de sulfeto, MoS
2tem um baixo coeficiente de atrito . MoS
2em tamanhos de partículas na faixa de 1–100 µm é um lubrificante seco comum . Existem poucas alternativas que conferem alta lubricidade e estabilidade a até 350 ° C em ambientes oxidantes. Testes de fricção deslizante de MoS
2o uso de um testador de pino no disco em cargas baixas (0,1–2 N) fornece valores de coeficiente de atrito de <0,1.
MoS
2é frequentemente um componente de misturas e compostos que requerem baixo atrito. Por exemplo, é adicionado ao grafite para melhorar a aderência. Uma variedade de óleos e graxas são usados, pois retêm sua lubricidade mesmo em casos de perda quase total de óleo, encontrando, assim, uso em aplicações críticas, como motores de aeronaves . Quando adicionado a plásticos , MoS
2forma um composto com resistência aprimorada e atrito reduzido. Polímeros que podem ser preenchidos com MoS
2incluem náilon ( nome comercial Nylatron ), Teflon e Vespel . Os revestimentos compostos autolubrificantes para aplicações de alta temperatura consistem em dissulfeto de molibdênio e nitreto de titânio , usando deposição química de vapor .
Exemplos de aplicações de MoS
2Os lubrificantes à base de óleo incluem motores de dois tempos (como motores de motocicleta), freios de montanha-russa de bicicleta , CV automotivo e juntas universais , ceras de esqui e balas .
Outros materiais inorgânicos em camadas que exibem propriedades lubrificantes (coletivamente conhecidos como lubrificantes sólidos (ou lubrificantes secos)) incluem grafite, que requer aditivos voláteis e nitreto de boro hexagonal .
Catálise
MoS
2é empregue como um co catalisador de dessulfurização na petroquímica , por exemplo, hidrodessulfurização . A eficácia do MoS
2os catalisadores são aprimorados por dopagem com pequenas quantidades de cobalto ou níquel . A mistura íntima desses sulfetos é suportada em alumina . Tais catalisadores são gerados in situ por tratamento de molibdato / cobalto ou alumina impregnada de níquel com H
2S ou um reagente equivalente. A catálise não ocorre nas regiões regulares em forma de folha dos cristalitos, mas sim na borda desses planos.
O MoS 2 é usado como um catalisador de hidrogenação para síntese orgânica . É derivado de um metal de transição comum , em vez de metal do grupo 10, como muitas alternativas, MoS 2 é escolhido quando o preço do catalisador ou a resistência ao envenenamento por enxofre são a principal preocupação. O MoS 2 é eficaz para a hidrogenação de compostos nitro em aminas e pode ser usado para produzir aminas secundárias por meio de alquilação redutiva . O catalisador também pode efetuar a hidrogenólise de compostos organossulfurados , aldeídos , cetonas , fenóis e ácidos carboxílicos em seus respectivos alcanos . O catalisador sofre de atividade bastante baixa, no entanto, muitas vezes exigindo pressões de hidrogênio acima de 95 atm e temperaturas acima de 185 ° C.
Pesquisar
Evolução de hidrogênio
MoS
2e os sulfetos de molibdênio relacionados são catalisadores eficientes para a evolução do hidrogênio, incluindo a eletrólise da água ; portanto, são possivelmente úteis para produzir hidrogênio para uso em células a combustível .
Microeletrônica
Como no grafeno , as estruturas em camadas do MoS
2e outros dichalcogenetos de metais de transição exibem propriedades eletrônicas e ópticas que podem diferir daquelas em massa. Bulk MoS
2tem um gap indireto de 1,2 eV, enquanto MoS
2as monocamadas possuem um bandgap eletrônico direto de 1,8 eV , suportando transistores e fotodetectores selecionáveis .
MoS
2nanoflakes podem ser usados para fabricação processada em solução de dispositivos memristivos e memcapacitivos em camadas por meio da engenharia de um MoO
x/ MoS
2heteroestrutura imprensada entre eletrodos de prata. MoS
2Os memristores com base são mecanicamente flexíveis, opticamente transparentes e podem ser produzidos a baixo custo.
A sensibilidade de um biossensor de transistor de efeito de campo de grafeno (FET) é fundamentalmente restrita pelo intervalo de banda zero do grafeno, que resulta em vazamento aumentado e sensibilidade reduzida. Na eletrônica digital, os transistores controlam o fluxo de corrente em um circuito integrado e permitem a amplificação e a comutação. No biosensorio, a porta física é removida e a ligação entre as moléculas receptoras embutidas e as biomoléculas alvo carregadas às quais estão expostas modula a corrente.
MoS 2 foi investigado como um componente de circuitos flexíveis.
Em 2017, uma implementação de microprocessador de 1 bit com 115 transistores usando MoS bidimensional
2.
MoS 2 foi usado para criar memristores 2D de 2 terminais e memtransistores de 3 terminais .
Fotônica e fotovoltaica
MoS
2também possui resistência mecânica, condutividade elétrica e pode emitir luz, abrindo possíveis aplicações como fotodetectores. MoS
2 foi investigado como um componente de aplicações fotoeletroquímicas (por exemplo, para produção de hidrogênio fotocatalítico) e para aplicações de microeletrônica.
Supercondutividade de monocamadas
Sob um campo elétrico MoS
2 descobriu-se que monocamadas superconduzem a temperaturas abaixo de 9,4 K.