Дисульфид молибдена(IV) представляет собой тяжелый серо-голубой или зеленовато-чёрный кристаллический порошок, жирный на ощупь (как графит), твёрдость 1—1,5 по шкале Мооса (оставляет серовато-зеленоватый след на бумаге в отличие от черного следа дешевого графита).
Дисульфид молибдена существует в двух кристаллических модификациях:
В дисульфиде молибдена каждый атом MoIV находится в центре тригональной призмы и окружён шестью атомами серы. Тригональная призма ориентирована так, что в кристалле атомы молибдена находятся между двумя слоями атомов серы[2]. Из-за слабых ван-дер-ваальсовых сил взаимодействия между атомами серы в MoS2, слои могут легко скользить друг относительно друга. Это приводит к появлению смазочного эффекта.
В природе дисульфид молибдена встречается в виде минерала — молибденита. Известна также природная аморфная форма — йордизит (англ.jordisite), которая встречается значительно реже. Руды молибденита всегда содержат большое количество примесей, поэтому их обогащают с помощью флотации, получая в конце процесса относительно чистый MoS2 — основной исходный продукт для дальнейшего получения молибдена[4].
В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:
Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:
Химические свойства
Дисульфид молибдена не растворяется в воде, не реагирует с разбавленными кислотами и щелочами.
При нагревании без доступа воздуха MoS2 разлагается в несколько стадий:
При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:
Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:
Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS2 до диоксида:
Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS2 до триоксида:
Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:
При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS2[4].
При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:
Использование в качестве смазки
MoS2 с размером частиц в диапазоне 1—100 мкм является сухим смазывающим веществом. Существуют немного альтернатив (в их числе - Дисульфид вольфрама), которые могут иметь высокие смазочные и стабильные свойства вплоть до температур в 350 °C в окислительных средах, а также в вакууме. Испытания MoS2 с использованием трибометра при низких нагрузках (0,1—2 Н) дают значение коэффициента трения меньше 0,1[5][6].
Дисульфид молибдена часто является компонентом смесей и композиционных материалов с низким коэффициентом трения. Такие материалы используются в критически важных компонентах, например, в авиационных двигателях. При добавлении к пластмассе MoS2 формирует композиционный материал с улучшенной прочностью и с уменьшением трения. В качестве полимеров, к которым добавляют MoS2, используются нейлон, тефлон и веспел (англ.vespel). Были разработаны самосмазывающиеся композиционные покрытия для высокотемпературных конструкций, состоящие из дисульфида молибдена и нитрида титана при помощи CVD-технологии[7].
Со времени войны во Вьетнаме дисульфид молибдена использовался для смазки оружия.
Покрытия ствола такой смазкой увеличивает точность стрельбы[8]. В настоящее время дисульфидом покрываются непосредственно пули.
Смазка из MoS2 применяется при дорновании для предотвращения образования наростов на обрабатываемой поверхности[9].
Сульфид молибдена(IV) применяется при производстве керамических изделий, так как при добавлении к глинам способен придавать ей синий или красный цвет (в зависимости от процентного содержания) при обжиге.
Использование в нефтехимии
Синтетический дисульфид молибдена используется в качестве катализатора для сероочистки на нефтеочистительных заводах, например, при гидрообессеривании[10]. Эффективность катализаторов из MoS2 увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля, а также смесями, основанных на оксиде алюминия.
Дисульфид молибдена — полупроводник, поэтому он, в принципе, может применяться для изготовления диодов, транзисторов и других элементов твердотельной электроники. Но объёмный MoS2 оказался, по своим свойствам, достаточно посредственным полупроводником, уступающим кремнию и другим широко используемых веществам. С другой стороны, тонкие пленки из MoS2 толщиной в один атом обладают радикально иными качествами[11].
«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов[11][12]. MoS2 попадает в один ряд с такими известными двумерными материалами как графен и силицен.
В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода[13]. А при смешении с диоксидом титана получают чернильную массу, хорошо поглощающую водяные пары в темноте и разлагающуюся на солнце с выделением водорода и кислорода[14].
В качестве генератора тока на осмосе между пресной и соленой водой
Дисульфид молибдена может использоваться для создания осмотических мембран, пропускающих молекулы определенного размера[15].