이황화 몰리브덴

Molybdenum disulfide
이황화 몰리브덴
Molybdenum disulfide
Molybdenite-3D-balls.png
이름
IUPAC 이름
이황화 몰리브덴
기타 이름
몰리브덴IV) 황화물
식별자
3D 모델(JSmol)
체비
켐스파이더
ECHA 정보 카드 100.013.877 Edit this at Wikidata
RTECS 번호
  • QA4697000
유니
  • InChI=1S/Mo.2S checkY
    키 : CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N checkY
  • InChI=1/Mo.2S/rMoS2/c2-1-3
    키: CWQXQMHSOZUFJS-FRBX후우
  • S=[Mo]=S
특성.
MoS
2
몰 질량 160.07 g/g[1]
외모 흑색/납을 함유한 고체
밀도 5.06 g/cm3[1]
녹는점 2,375 °C (4,307 °F, 2,648 K)[4]
녹지[1] 않다
용해성 아쿠아레지아, 뜨거운 황산, 질산에 의해 분해되는
희산에 녹지 않다
밴드갭 1.23 eV (간접, 3R 또는 2H 벌크)[2]
최대 1.8 eV (직접, 단층)[3]
구조.
hP6, P6
3/mmc, No. 194(2H)

hR9, R3m, No 160(3R)[5]

a = 0.3161 nm(2H), 0.3163 nm(3R), c = 1.2295 nm(2H), 1.837(3R)
삼각 프리즘(MoIV)
피라미드(S2−)
열화학
62.63 J/(mol K)
-235.10 kJ/mol
- 225.89 kJ/mol
위험 요소
안전 데이터 시트(SDS) 외부 MSDS
관련 화합물
기타 음이온
 몰리브덴IV) 산화물
몰리브덴디셀렌화물
몰리브덴디텔루라이드
기타 캐티온
 이황화 텅스텐
관련 윤활유
 흑연
달리 명시되지 않은 한 표준 상태(25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.

몰리브덴디술피드(또는 몰리)는 몰리브덴과 유황으로 이루어진 무기화합물이다.화학식은 MoS다
2.

이 화합물은 전이 금속 디칼코게니드로 분류된다.몰리브덴의 [6]주요 광석인 몰리브덴 광물로 나타나는 은빛 검은 고체입니다.MoS는
2 비교적 반응하지 않습니다.묽은 산과 산소의 영향을 받지 않습니다.이황화 몰리브덴은 외관이나 촉감에서 흑연과 유사하다.마찰이 적고 견고하기 때문에 건조 윤활제로 널리 사용되고 있습니다.벌크 MoS는
2 실리콘과 유사한 반자성 간접 밴드갭 반도체로 밴드갭은 1.23eV입니다.[2]

생산.

몰리브덴석

MoS는2 결정질 광물인 몰리브덴나이트 또는 몰리브덴나이트의 [7]희귀한 저온 형태인 조디사이트로 자연적으로 발견된다.몰리브덴광은 부유 가공으로 비교적 순수한
2 MoS를 얻을 수 있다.주요 오염 물질은 탄소입니다.또한
2 MoS는 거의 모든 몰리브덴 화합물을 황화수소 또는 원소 유황으로 열처리함으로써 발생하며 [8]5염화몰리브덴의 메타세시스 반응에 의해 생성될 수 있다.

구조 및 물리적 특성

이황화몰리브덴 단층 내 조건(a, Mo 대체물)과 공실(b, 누락된 S 원자)의 전자현미경법.스케일 바: 1 nm.[9]

결정상

모든 형태의 MoS는
2 몰리브덴 원자의 평면이 황화물 이온의 평면에 의해 끼워지는 층상 구조를 가지고 있습니다.이 3개의 층은 MoS의2 단층층을 형성합니다.벌크 MoS는2 적층된 단분자로 구성되어 있으며, 단분자는 약한 반데르발스 상호작용에 의해 결합되어 있습니다.

결정성2 MoS는 자연에서 2H-MoS와2 3R-MoS의2 두 가지 상 중 하나로 발견되며, 여기서 "H"와 "R"는 각각 육각형과 마름모면체 대칭을 나타낸다.이들 두 구조 모두 각 몰리브덴 원자는 삼각 프리즘 배위구 중심에 존재하며 6개의 황화물 이온에 공유 결합되어 있다.각 유황 원자는 피라미드 배위를 가지며 3개의 몰리브덴 원자에 결합되어 있다.2H상 및 3R상 [10]모두 반도체입니다.

2H-MoS와2 알칼리 [11]금속을 상호 교환하여 1T-MoS로2 알려진 세 번째 준안정 결정상을 발견했다.이 상은 사각형 대칭을 가지며 금속입니다.1T상은 레늄과 [12]같은 전자공여체 도핑을 통해 안정화되거나 마이크로파 [13]방사선에 의해 2H상으로 다시 변환될 수 있다.

동소체

MoS로
2 이루어진 나노튜브 유사분자와 버키볼 유사분자가 알려져 있다.[14]

박리된 MoS2 플레이크

2H상 벌크2 MoS는 간접대역 갭 반도체로 알려진 반면 단층2 MoS는 밴드 갭이 직접적이다.MoS의2 층 의존형 광전자 특성은 2차원 MoS 기반2 소자에 대한 많은 연구를 촉진해 왔습니다. 2D MoS는2 건조하고 마이크로메카니컬한 공정 또는 용액 처리를 통해 단층부터 소층까지의 플레이크를 생성하기 위해 벌크 결정을 박리함으로써 제조할 수 있습니다.

실용적으로 "Scotch-tape 박리"라고도 불리는 Micromecanical 박리는 접착제를 사용하여 판데르발스 힘을 이겨내고 층을 이룬 결정을 반복적으로 박리하는 것을 포함합니다.그런 다음 결정 플레이크를 접착 필름에서 기판으로 옮길 수 있습니다.노보셀로프와 게임이 흑연 결정에서 그래핀을 얻기 위해 처음 사용한 방법이에요.그러나 기판(Si, 유리 또는 석영)에 대한 MoS의2 접착력이 약하기 때문에 균일한 1-D층에는 사용할 수 없습니다.앞서 언급한 [15]방식은 그래핀에만 적합합니다.일반적으로 스카치 테이프가 접착 테이프로 사용되지만 잔류 [16]접착제로 플레이크가 오염되지 않도록 하는 것이 중요할 경우 PDMS 스탬프도 MoS를2 충분히 절단할 수 있습니다.

액상 박리는 용액 중 단층부터 다층 MoS를2 생성하기 위해 사용될 수도 있다.몇 가지 방법으로는 층을 박리하는 리튬 인터칼레이션과[17] 표면 장력 [18][19]용제에서의 소니언화를 들 수 있다.

기계적 특성

MoS는2 층상구조와 마찰계수가 낮기 때문에 윤활재로서 우수합니다(아래 참조).층간 슬라이딩은 재료에 전단응력이 가해지면 에너지를 방출한다.다양한 [20]대기에서 MoS의2 마찰계수와 전단강도를 특성화하기 위한 광범위한 작업이 수행되었다.마찰계수가 증가할수록2 MoS의 전단강도는 증가한다.이 성질은 초유동성이라고 불립니다.주변 조건에서 MoS에2 대한 마찰 계수는 0.150으로 결정되었으며 그에 상응하는 추정 전단 강도는 56.0 MPa입니다.[20] 전단 강도를 측정하는 직접 방법은 값이 25.3 MPa에 [21]가깝다는 것을 나타냅니다.

MoS에 크롬을 도핑하면2 윤활 시 MoS의2 내마모성을 높일 수 있습니다.Cr 도프 MoS2 나노필러에 대한 마이크로 인덕션 실험 결과 항복강도는 순수2 MoS 평균 821MPa(0at.%Cr)[22]에서 50at.%Cr 1017MPa로 증가했다.항복 강도의 증가는 재료의 고장 모드의 변화를 수반한다.순수한 MoS2 나노 밀러는 플라스틱 굽힘 메커니즘을 통해 기능하지 않지만 재료에 도판트의 [22]양이 증가함에 따라 메짐성 파괴 모드가 뚜렷해집니다.

극소층부터 다층까지의 박리 메커니즘을 이해하기 위해 널리 사용되는 미세역학적 박리 방법은 MoS에서 신중하게2 연구되어 왔다.분할의 정확한 메커니즘은 층에 따라 달라지는 것으로 밝혀졌다.5층 이하의 얇은 플레이크는 균질하게 구부러지고 파문을 일으키며, 층간 슬라이딩을 통해 10층 정도의 두께가 박리됩니다.20개 이상의 층이 있는 플레이크는 미세역학적 균열 시 삐걱거리는 메커니즘을 보였다.이러한 플레이크의 균열은 판데르발스 [23]결합의 특성으로 인해 가역적인 것으로 확인되었습니다.

최근 몇 년 동안 MoS는2 유연한 전자 응용 분야에 사용되었으며, 이 재료의 탄성 특성에 대한 더 많은 조사를 촉진하고 있습니다.홀리 [16][24]기판에 퇴적된 미세역학적으로 박리된 MoS2 플레이크에 대해 AFM 캔틸레버 팁을 이용한 나노 굽힘 시험을 실시했다.단층 플레이크의 항복 강도는 270GPa였으며,[24] 두꺼운 플레이크 또한 항복 강도는 330GPa로 [16]더 단단했다.분자 동적 시뮬레이션에서 MoS의2 면내 항복 강도는 229 GPa로 오차 [25]내 실험 결과와 일치했다.

베르톨라치와 동료들은 또한 부유 단층 플레이크의 실패 모드를 특징지었다.고장 시 변형률은 6~11%입니다.단층 MoS의2 평균 항복 강도는 23 GPa로 결함이 없는 MoS의2 [24]이론 파괴 강도에 가깝다.

MoS의2 밴드 구조는 [26][27][28]스트레인에 민감합니다.

화학 반응

이황화 몰리브덴은 공기 중에서 안정적이며 공격적인 시약에만 의해 공격됩니다.삼산화 몰리브덴을 가열하면 산소와 반응합니다.

2
2 MoS + 7 O
2 → 2 MoO
3 + 4 SO
2

염소는 고온에서 이황화 몰리브덴을 공격하여 오염화 몰리브덴을 형성합니다.

2
2 MoS + 7 Cl
2 → 2 MoCl
5 + 2 SCL
2
2

인터칼레이션 반응

이황화몰리브덴은 인터칼레이션 화합물의 형성을 위한 숙주이다.이 동작은 [29][30]배터리에서 음극 재료로 사용하는 것과 관련이 있습니다.예를 들어, 석화된
x
2 재료인 LiMoS가 [31]있습니다.부틸리튬은 LiMoS입니다
2.[6]

적용들

윤활유

이황화 몰리브덴 첨가제('몰리브덴'[32]이라고 함)를 사용한 시판 흑연 분말 윤활제 튜브

황화물 원자의 판들 사이의 상호작용이 약하기 때문에 MoS는
2 마찰 계수가 낮다.1~100µm 범위의 입경 MoS는
2 일반적인 건조 [33]윤활제이다.산화 환경에서 최대 350°C의 높은 윤활성과 안정성을 제공하는 대안은 거의 없습니다.저부하(0.1~2N)에서 디스크 테스터의 핀을 사용한 MoS의
2 슬라이딩 마찰시험은 마찰계수 값이 0.1 [34][35]미만이다.

MoS는
2 저마찰이 필요한 혼합재 및 복합재의 구성 요소인 경우가 많습니다.예를 들어 흑연에 첨가하여 [32]붙임성을 개선합니다.다양한 오일과 그리스가 사용되는데, 이는 오일 손실이 거의 없는 경우에도 윤활성이 유지되기 때문에 항공기 엔진과 같은 중요한 용도에 사용할 수 있기 때문입니다.플라스틱에 MoS를
2 첨가하면 강도가 향상되고 마찰이 감소하는 복합체를 형성합니다.MoS로
2 채워질 수 있는 폴리머에는 나일론(상표명 나일라트론), 테플론 및 베스펠이 포함됩니다.고온용 자기윤활복합코팅은 화학증착을 이용한 이황화몰리브덴과 질화티타늄으로 구성된다.

MoS 기반
2 윤활제의 적용 예로는 2행정 엔진(이륜차 엔진 등), 자전거 코스터 브레이크, 자동차 CV 및 유니버설 조인트, 스키 왁스[36] 및 탄환이 [37]있습니다.

윤활 특성을 보이는 다른 층상 무기 재료(총칭하여 고체 윤활제(또는 건조 윤활제))에는 휘발성 첨가제와 육각 질화 [38]붕소가 필요한 흑연이 포함됩니다.

촉매 작용

이황화몰리브덴에 의한 지문 발견

MoS는
2 석유화학에서의 탈황, 예를 들어 수소탈황의 촉매로서 사용된다.MoS
2 촉매의 효과는 소량의 코발트 또는 니켈로 도핑함으로써 향상됩니다.이러한 황화물의 친밀한 혼합물은 알루미나에서 지지된다.이러한 촉매는 몰리브덴산염/코발트 또는 니켈 함유 알루미나를 HS 또는 동등한 시약으로
2 처리함으로써 현장에서 생성된다.촉매 작용은 결정체의 규칙적인 시트 형태의 영역에서 발생하는 것이 아니라 이러한 [39]평면의 가장자리에서 발생합니다.

MoS는2 유기 [40]합성을 위한 수소화 촉매로서 사용된다.MoS는2 10족 금속이 아닌 일반적인 전이 금속에서 파생되며 촉매 가격이나 황 중독에 대한 내성이 주요 관심사인 경우 선택됩니다.MoS는2 니트로 화합물을 아민으로 수소화하는데 효과적이며 환원 알킬화를 [41]통해 2차 아민을 생성하는데 사용될 수 있다.촉매는 또한 유기황 화합물, 알데히드, 케톤,[40] 페놀 및 카르본산의 수소 분해에 영향을 미칠 수 있습니다.그러나 촉매는 95atm 이상의 수소 압력과 185°C 이상의 온도를 필요로 하는 다소 낮은 활성도로 인해 어려움을 겪습니다.

조사.

수소 진화

MoS와
2 관련된 황화몰리브덴은 [42][43]물의 전기 분해를 포함한 수소 진화에 효과적인 촉매이다. 따라서 연료 전지에 [44]사용할 수 있는 수소를 생산하는 데 유용할 수 있다.

마이크로일렉트로닉스

그래핀과 마찬가지로 MoS
2 및 다른 전이금속 디칼코게니드의 층상 구조는 부피와 [46]다를 수 있는 전자적, 광학적 특성을[45] 보인다.벌크 MoS는
2 1.2eV의 [47][48]간접 밴드 갭을 가지며, MoS
2 단층에는 전환 가능한[50] 트랜지스터와 광검출기를 [51][46][52]지원하는 직접 1.8eV의 전자 밴드 [49]갭이 있습니다.

MoS
2 나노플레이크는 은 [53]전극 사이에 끼인 MoO
x/MoS
2 헤테로 구조를 엔지니어링하여 층상 멤리스티브 및 멤캐패시티브 디바이스의 솔루션 처리 제조에 사용할 수 있습니다.MoS 기반의
2 멤리스터는 기계적으로 유연하고 광학적으로 투명하며 저비용으로 생산할 수 있습니다.

그래핀 전계효과 트랜지스터(FET) 바이오센서의 감도는 기본적으로 그래핀의 제로밴드 갭에 의해 제한되며 이로 인해 누출이 증가하고 감도가 저하된다.디지털 전자제품에서 트랜지스터는 집적회로 전체의 전류 흐름을 제어하고 증폭 및 전환을 가능하게 합니다.바이오센싱에서는 물리 게이트를 제거하고 매립형 수용체 분자와 이들이 노광되는 하전 대상 생체분자 간의 결합에 [54]의해 전류가 변조된다.

MoS는2 플렉시블 [55][56]회로의 컴포넌트로 조사되고 있습니다.

2017년에는 2차원 [57]MoS를
2 사용하여 115 트랜지스터, 1비트 마이크로프로세서를 구현했습니다.

MoS는2 2D 2단자 멤리스터 및 3단자 멤트랜지스터를 작성하기 [58]위해 사용되어 왔습니다.

광전자 및 태양광 발전

또한
2 MoS는 기계적 강도, 전기 전도성을 가지고 있으며 광검출기 [59]등의 응용 분야를 열 수 있습니다.MoS는
2 광전기화학(예를 들어 광촉매 수소 생산용) 애플리케이션 및 마이크로 일렉트로닉스 애플리케이션의 [50]구성요소로 조사되었습니다.

단층 초전도

전기장
2 하에서 MoS 단분자는 9.4K [60]이하의 온도에서 초전도하는 것으로 밝혀졌다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

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