Сульфид молибдена(IV)

Дисульфид молибдена(IV) представляет собой тяжёлый 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 чёрного следа дешёвого графита).

Дисульфид молибдена существует в двух кристаллических модификациях:

• гексагональная сингония, пространственная группа P 6₃/mmc, a = 0,316 нм, c = 1,229 нм, Z = 2;
• ромбоэдрическая сингония, пространственная группа R 3m, a = 0,3164 нм, c = 1,839 нм, Z = 3.

В дисульфиде молибдена каждый атом Mo^(IV) 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. 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.

Дисульфид молибдена является диамагнетиком и полупроводником.

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.

В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:

${\displaystyle {\mathsf {Mo+2S{\xrightarrow {600-700^{\circ }C}}MoS_{2}}}}$

Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:

${\displaystyle {\mathsf {Mo+2H_{2}S{\xrightarrow {>800^{\circ }C}}MoS_{2}+2H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {MoO_{2}+2H_{2}S{\xrightarrow {400^{\circ }C}}MoS_{2}+2H_{2}O}}}$

Дисульфид молибдена не растворяется в воде, не реагирует с разбавленными кислотами и щелочами.

При нагревании без доступа воздуха MoS₂ разлагается в несколько стадий:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}{\xrightarrow {\sim 1100^{\circ }C}}Mo_{2}S_{3}+S{\xrightarrow {\sim 1100^{\circ }C,\ vacuum}}Mo+S}}}$

При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:

${\displaystyle {\mathsf {2MoS_{2}+7O_{2}{\xrightarrow {400-600^{\circ }C}}2MoO_{3}+4SO_{2}}}}$

Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {500^{\circ }C}}MoO_{2}+2H_{2}S}}}$

Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS₂ до диоксида:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {~~}}MoO_{2}\downarrow +2S\downarrow +2SO_{2}+2H_{2}O}}}$

Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS₂ до триоксида:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+18HNO_{3}{\xrightarrow {100^{\circ }C}}MoO_{3}\downarrow +18NO_{2}+2H_{2}SO_{4}+7H_{2}O}}}$

Водород восстанавливает дисульфид молибдена:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}{\xrightarrow {800^{\circ }C}}Mo+2H_{2}S}}}$

При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена:

${\displaystyle {\mathsf {2MoS_{2}+7Cl_{2}{\xrightarrow {t}}2MoCl_{5}+2S_{2}Cl_{2}}}}$

Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+{\mathit {x}}Li{\xrightarrow {~~~}}Li_{\mathit {x}}MoS_{2}}}}$

При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS₂.

При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+Na_{2}S{\xrightarrow {~t~}}Na_{2}MoS_{3}}}}$

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.

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^[2].

Синтетический дисульфид молибдена используется в качестве катализатора для сероочистки на нефтеочистительных заводах, например, при гидрообессеривании^[4]. 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 плёнки из MoS₂ толщиной в один атом обладают радикально иными качествами^[5].

«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов^[5][6]. MoS₂ попадает в один ряд с такими известными двумерными материалами как графен и силицен.

В 2026 году учёные МФТИ представили технологию изготовления транзисторов из дисульфида молибдена, решив проблему повреждения материала при напылении контактов с помощью ультратонкой изолирующей прослойки из диоксида титана^[7]. Это позволило снизить эффективную толщину транзистора до 0,65 нм, сделав чипы втрое компактнее и в сотни раз энергоэффективнее кремниевых аналогов^[7][8]. Были получены лабораторные образцы с высокими характеристиками, при этом сама технология масштабируема и совместима с существующим промышленным оборудованием^[9]. Подобные транзисторы перспективны для применения в гибкой и прозрачной электронике, носимых устройствах и интернете вещей^[7].

В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода^[10]. А при смешении с диоксидом титана получают чернильную массу, хорошо поглощающую водяные пары в темноте и разлагающуюся на солнце с выделением водорода и кислорода^[11].