Дисульфид вольфрама - Tungsten disulfide
|
|
 Слева: пленка WS 2 на сапфире. Справа: темная расслоенная пленка WS 2, плавающая на воде.
|
|
| Имена | |
|---|---|
|
Имена ИЮПАК
Вольфрам сера
Бис (сульфанилиден) вольфрам |
|
|
Систематическое название ИЮПАК
Дитиоксотольфрам |
|
| Другие имена
Сульфид вольфрама (IV)
Вольфрамит |
|
| Идентификаторы | |
|
3D модель ( JSmol )
|
|
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard |
100.032.027 
|
| Номер ЕС | |
|
PubChem CID
|
|
|
Панель управления CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Свойства | |
| WS 2 | |
| Молярная масса | 247,98 г / моль |
| Внешность | сине-серый порошок |
| Плотность | 7,5 г / см 3 , твердый |
| Температура плавления | 1250 ° С (2280 ° F, 1520 К) разлагается |
| слабо растворимый | |
| Ширина запрещенной зоны | ~ 1,35 эВ (оптическое, непрямое, объемное) ~ 2,05 эВ (оптическое, прямое, однослойное) |
| + 5850 · 10 −6 см 3 / моль | |
| Структура | |
| Молибденит | |
|
Тригонально-призматический (W IV ) Пирамидальный (S 2- ) |
|
| Родственные соединения | |
|
Другие анионы
|
Оксид вольфрама (IV) Диселенид вольфрама Дителлурид вольфрама |
|
Другие катионы
|
Дисульфид молибдена Дисульфид тантала Дисульфид рения |
|
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). |
|
 проверить ( что есть ?)
  |
|
| Ссылки на инфобоксы | |
Дисульфид вольфрама - это неорганическое химическое соединение, состоящее из вольфрама и серы с химической формулой WS 2 . Это соединение входит в группу материалов, называемых дихалькогенидами переходных металлов . Он встречается в природе как редкий минерал вольфрамит . Этот материал входит в состав некоторых катализаторов, используемых для гидрообессеривания и гидроденитрификации .
WS 2 принимает слоистую структуру, аналогичную или изотипную с MoS 2 , вместо этого с атомами W, расположенными в тригональной призматической координационной сфере (вместо атомов Mo). Благодаря такой слоистой структуре WS 2 образует неорганические нанотрубки , которые были обнаружены после нагрева тонкого образца WS 2 в 1992 году.
Структура и физические свойства
Объемный WS 2 образует темно-серые гексагональные кристаллы со слоистой структурой. Подобно близкому к нему MoS 2 , он проявляет свойства сухой смазки .
Хотя долгое время считалось, что WS 2 относительно стабилен в окружающем воздухе, недавние отчеты об окислении окружающим воздухом монослоя WS 2 показали, что это не так. В монослойной форме WS 2 довольно быстро превращается (в течение нескольких дней в окружающем свете и в атмосфере) в оксид вольфрама посредством реакции фотоокисления с участием видимых длин волн света, легко поглощаемого монослоем WS 2 (<~ 660 нм /> ~ 1,88 эВ). В дополнение к свету подходящей длины волны для протекания реакции требуется кислород и вода , при этом считается, что вода действует как катализатор окисления. Продукты реакции включают оксид вольфрама и серную кислоту . Окисление других дихалькогенидов полупроводниковых переходных металлов (S-TMD), таких как MoS 2 , аналогично наблюдалось при окружающем свете и атмосферных условиях.
WS 2 также подвергается воздействию смеси азотной и фтористоводородной кислот . При нагревании в кислородсодержащей атмосфере WS 2 превращается в триоксид вольфрама . При нагревании в отсутствие кислорода WS 2 не плавится, а разлагается на вольфрам и серу, но только при 1250 ° C.
Исторически монослой WS 2 выделяли с помощью химического отшелушивания посредством интеркаляции литием из н-бутиллития (в гексане) с последующим отшелушиванием интеркалированного лития соединения обработкой ультразвуком в воде. WS 2 также подвергается отшелушиванию путем обработки различными реагентами, такими как хлорсульфоновая кислота и галогениды лития.
Синтез
WS 2 изготавливается несколькими способами. Многие из этих методов включают обработку оксидов источниками сульфида или гидросульфида, поставляемыми в виде сероводорода или генерируемыми на месте .
Тонкие пленки и монослои
Широко используемые методы выращивания монослоя WS 2 включают химическое осаждение из паровой фазы (CVD) , физическое осаждение из паровой фазы (PVD) или химическое осаждение из паровой фазы металлов и органических соединений (MOCVD) , хотя большинство современных методов создают дефекты вакансий серы размером более 1 × 10 13 см. −2 . Другие пути включают термолиз сульфидов вольфрама (VI) (например, (R 4 N) 2 WS 4 ) или его эквивалента (например, WS 3 ).
Отдельностоящие пленки WS 2 можно производить следующим образом. WS 2 наносится на гидрофильную подложку, например сапфир , а затем покрывается полимером, например полистиролом . После погружения образца в воду на несколько минут гидрофобная пленка WS 2 самопроизвольно отслаивается.
Приложения
WS 2 используется в сочетании с другими материалами, в качестве катализатора для гидроочистки сырой нефти.
Пластинчатый дисульфид вольфрама используется в качестве сухой смазки для крепежных деталей, подшипников и пресс-форм, а также широко используется в аэрокосмической и военной промышленности. {{Failed verify | date = August 2020 | cause = article not at this URL; страница по этому URL-адресу не поддерживает это утверждение -> WS 2 можно наносить на металлическую поверхность без связующих или отверждения с помощью высокоскоростного воздушного удара . Самый последний официальный стандарт для этого процесса изложен в международной спецификации SAE AMS2530A.
Исследование
Как и MoS 2 , наноструктурированный WS 2 активно изучается на предмет потенциальных применений, таких как хранение водорода и лития. WS 2 также катализирует гидрирование из двуокиси углерода :
- СО 2 + Н 2 → СО + Н 2 О
Нанотрубки
Дисульфид вольфрама является первым материалом, который, как было обнаружено, образует неорганические нанотрубки в 1992 году. Эта способность связана со слоистой структурой WS 2 , и макроскопические количества WS 2 были получены указанными выше способами. Нанотрубки WS 2 были исследованы в качестве усиливающих агентов для улучшения механических свойств полимерных нанокомпозитов. В исследовании нанотрубки WS 2, армированные биоразлагаемыми полимерными нанокомпозитами полипропиленфумарата (PPF), показали значительное увеличение модуля Юнга, предела текучести при сжатии, модуля упругости и предела текучести при изгибе по сравнению с однослойными и многослойными углеродными нанотрубками, армированными нанокомпозитами PPF. предполагая, что нанотрубки WS 2 могут быть лучшими усиливающими агентами, чем углеродные нанотрубки. Добавление нанотрубок WS 2 к эпоксидной смоле улучшило адгезию , вязкость разрушения и скорость высвобождения энергии деформации. Износ эпоксидной смолы, армированной нанотрубками, ниже, чем износ чистой эпоксидной смолы. Нанотрубки WS 2 были встроены в матрицу нановолокон из полиметилметакрилата (ПММА) посредством электроспиннинга. Нанотрубки были хорошо диспергированы и ориентированы вдоль оси волокна. Повышенная жесткость и ударная вязкость волоконных сеток из ПММА за счет добавления неорганических нанотрубок может иметь потенциальное применение в качестве амортизирующих материалов, например, для баллистических жилетов .
Нанотрубки WS 2 являются полыми и могут быть заполнены другим материалом, чтобы сохранить или направить его в желаемое место или создать новые свойства в материале наполнителя, который ограничен диаметром в нанометровом масштабе. Для этой цели, неорганические нанотрубки гибриды были сделаны наполнением WS 2 нанотрубок с расплавленным свинцом, сурьмой или висмутом йодида с помощью процесса капиллярного смачивания, в результате чего PbI 2 @WS 2 , Sbi 3 @WS 2 или BiI 3 @WS 2 core - оболочка нанотрубок.
Нанолистовые материалы
WS 2 также может существовать в виде атомарно тонких листов. Такие материалы демонстрируют фотолюминесценцию при комнатной температуре в монослойном пределе.
Транзисторы
Тайваньская компания по производству полупроводников (TSMC) изучает возможность использования WS
2 в качестве материала канала в полевых транзисторах . Материал толщиной примерно 6 слоев создается с помощью химического осаждения из паровой фазы (CVD).