Disolfuro di molibdeno: struttura, usi

Il disolfuro di molibdeno è un composto inorganico in cui il molibdeno ha numero di ossidazione +4 ed ha formula MoS2
Esso è uno dei dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMDs)  essendo Mo un metallo di transizione e lo zolfo un elemento del gruppo 16 detto gruppo dei calcogeni.

È presente nel minerale molibdenite minerale  a lucentezza metallica di color grigio piombo con riflessi azzurri, tenero e untuoso al tatto.
Fino alla fine del 1700 la molibdenite era scambiata per grafite. I metodi per purificare il disolfuro di molibdeno e per estrarre il molibdeno dal minerale furono sviluppati alla fine del XIX secolo e il valore del molibdeno come legante per l’acciaio fu rapidamente riconosciuto.

Nel 1957, Ronald E. Bell e Robert E. Herfert presso la Climax Molybdenum Company of Michigan  prepararono quella che allora era una nuova forma cristallina romboedrica di disolfuro di molibdeno e successivamente furono scoperti cristalli romboedrici in natura.

Struttura del disolfuro di molibdeno

disolfuro di molibdeno 1 da Chimicamo
disolfuro di molibdeno

Il disolfuro di molibdeno è costituito da un piano esagonale di atomi di zolfo su entrambi i lati di un piano esagonale di atomi molibdeno. Questi piani si impilano uno sopra l’altro, con forti legami covalenti tra gli atomi di molibdeno e zolfo, ma deboli forze di van der Waals tra i piani. Ciò consente loro di essere separati meccanicamente per formare fogli bidimensionali di MoS2. I nanotubi e i fullereni sono uno dei primi analoghi inorganici dei nanotubi di carbonio e dei fullereni ad essere sintetizzati

Lavorazione

Un film monostrato di disolfuro di molibdeno è un materiale che può essere utilizzato in campo elettronico

I film monostrato, infatti, a causa delle interazioni interstrato e del confinamento degli elettroni in un unico piano determina la formazione di un bandgap diretto con un’energia di ~ 1,89 eV. Pertanto un singolo monostrato di disolfuro di molibdeno può assorbire il 10% della luce incidente con energia al di sopra della banda proibita

Per ottenere un film monostrato di solfuro di molibdeno vi sono diverse tecniche

  • esfoliazione meccanica tipicamente utilizzato per ottenere strati di grafene. L’applicazione di un nastro adesivo su un campione di cristallo e la rimozione dello stesso porta all’adesione di sottili strati sul nastro.
  • esfoliazione con solvente organico. Sebbene la resa in film sottili sia elevata, quella in monostrato è bassa.
  • intercalazione in cui i cristalli sono messi in una soluzione in cui vi sono ioni litio che diffondono tra gli strati del cristallo. L’aggiunta di acqua porta alla formazione di idrogeno gassoso che provoca la separazione degli strati
  • deposizione chimica da vapore su un substrato di biossido di silicio

Usi

Le sue principali applicazioni industriali includono catalizzatori, materiali catodici per batterie agli ioni di litio e lubrificanti solidi.Ad esempio, i rivestimenti spruzzati di MoS 2 possono essere applicati su componenti in acciaio per cuscinetti a sfere da utilizzare in assenza di lubrificanti liquidi. L’applicazione di rivestimenti MoS2 su sfere di acciaio porta ad un minore attrito e ad una maggiore durata dei contatti rotanti a secco, contribuendo così al risparmio energetico.

Può essere utilizzato  quale catalizzatore nelle reazioni di idrogenazione e quale cocatalizzatore potenziato con drogaggio di piccole quantità di cobalto e nichel in campo petrolchimico per la desolforazione

Il disolfuro di molibdeno può essere un materiale idoneo ad essere combinato con nanomateriali di carbonio per ottenere nuove nanostrutture ibride con proprietà eccezionali. Recentemente nanofogli di MoS2 sono stati studiati per le loro proprietà dielettriche a causa delle loro proprietà semiconduttrici e per applicazioni nel campo dei semiconduttori, nello stoccaggio di energia, come catalizzatori e in campo biomedico.

In particolare, l’eccellente biocompatibilità dei nanofogli è una caratteristica che potrebbe essere sfruttata per l’uso nella somministrazione di farmaci, nella terapia del cancro, nel bioimaging e nell’ingegneria tissutale.

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