Voir la source de Disulfure de molybdène

{{Infobox Chimie
| nom = Disulfure de molybdène
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| légende = [[Fichier:Kristallstruktur Wolframdiselenid.png|150px]]<br><span style="color:#C0C0C0; background-color:#C0C0C0;">__</span> [[Molybdène|Mo<sup>4+</sup>]] &nbsp; &nbsp; <span style="color:#EEEE00;background-color:#EEEE00;">__</span> [[Sulfure|S<sup>2−</sup>]]<br>[[Structure cristalline]] du disulfure de molybdène
<!-- Général -->
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<!-- Propriétés chimiques -->
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| masseVolumique = {{Unité/2|5.06|g||cm|-3}}<ref>{{GESTIS|ZVG=570192|CAS=1317-33-5|Nom=Molybdenum(IV) sulfide|Date=28 août 2011}}</ref>
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<!-- Propriétés biochimiques -->
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<!-- Cristallographie -->
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{{Infobox Chimie/Groupe espace||ref=}}
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<!-- Propriétés optiques -->
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<!-- Écotoxicologie -->
| DL50 = <!-- (souris, [[Ingestion|oral]]) <br> (souris, [[Injection intraveineuse|i.v.]]) <br> (souris, [[sous-cutané|s.c.]]) <br> (souris, [[intrapéritonéal|i.p.]]) -->
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<!-- Composés apparentés -->
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<!-- Supplément -->
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}}<!-- ----------------------------- Fin de l'infoboite ----------------------------- -->
Le '''disulfure de molybdène''', ou '''sulfure de molybdène(IV)''', est un [[composé chimique]] de [[Formule chimique|formule]] {{fchim|MoS|2}}. Il s'agit d'un solide noir cristallisé [[Diamagnétisme|diamagnétique]] et [[Semi-conducteur|semiconducteur]], semblable au [[graphite]] par son apparence et son toucher, et de ce fait utilisé comme [[Lubrifiant (mécanique)|lubrifiant]], parfois à température élevée. Sa forme [[minéral]]e est la [[molybdénite]], principal [[minerai]] dont est extrait le [[molybdène]].

== Structure ==

Le disulfure de molybdène cristallise à [[température ambiante]] dans le [[Système cristallin hexagonal|système hexagonal]] (forme {{fchim|2H-MoS|2}}) selon le [[groupe d'espace]] ''P''6{{ind|3}}/''mmc'' ({{n°|[[Liste des groupes d'espace|194]]}}) avec un [[Gap direct et gap indirect|gap indirect]] de {{unité|1.2 eV}}, tandis qu'une [[monocouche]] de {{fchim|MoS|2}} présente un [[Gap direct et gap indirect|gap direct]] de {{unité|1.8 eV}}. Il existe également une forme {{fchim|3R-MoS|2}} de [[Système cristallin trigonal|symétrie rhomboédrique]] dans le [[groupe d'espace]] ''R''3''m'' ({{n°|[[Liste des groupes d'espace|160]]}})<ref name="10.1016/j.jpcs.2013.09.001">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Shanmin Wang, Jianzhong Zhang, Duanwei He, Yi Zhang, Liping Wang, Hongwu Xu, Xiaodong Wen, Hui Ge et Yusheng Zhao
 | titre       = Sulfur-catalyzed phase transition in {{fchim|MoS|2}} under high pressure and temperature
 | périodique  = Journal of Physics and Chemistry of Solids
 | volume      = 75
 | numéro      = 1
 | mois        = janvier
 | année       = 2014
 | pages       = 100-104
 | url texte   = https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022369713003077
 | consulté le = 31 août 2024
 | doi         = 10.1016/j.jpcs.2013.09.001
 | bibcode     = 2014JPCS...75..100W
}}.</ref>. Dans le {{fchim|MoS|2}} cristallisé, chaque [[Molybdène|Mo{{exp|4+}}]] est lié à six [[ligand (chimie)|ligands]] {{nobr|[[Sulfure|S{{exp|2−}}]]}} occupant les sommets d'un [[Géométrie moléculaire prismatique trigonale|prisme trigonal]] au sein duquel la couche d'atomes de [[molybdène]] est prise en sandwich entre deux couches d'atomes de [[soufre]]<ref>
{{Ouvrage|langue=en|auteur1=Wells, A.F.|titre=Structural Inorganic Chemistry|éditeur=Clarendon Press|lieu=Oxford|année=1984|numéro d'édition=5|pages totales=1382|isbn=978-0-19-855370-0|lccn=82018866}}</ref>. Deux couches d'atomes de soufre adjacentes étant liées par des [[Force de van der Waals|forces de van der Waals]], elles présentent un faible [[coefficient de frottement]] entre elles, à l'origine de leurs propriétés [[Lubrification|lubrifiantes]].

La [[matériau bidimensionnel|forme bidimensionnelle]] du disulfure de molybdène fait de lui une alternative prometteuse au [[graphène]] pour des applications en micro-électronique<ref>{{lien web |langue=en |auteur1=David L. Chandler |titre=One-molecule-thick material has big advantages : Researchers produce complex circuits from molybdenum disulfide |url=http://phys.org/news/2012-08-one-molecule-thick-material-big-advantages-complex.html |site=phys.org |date=23-08-2012 |consulté le=08-10-2020}}.</ref>.

== Propriétés chimiques ==

Le disulfure de molybdène est stable à l'air et à l'[[Dioxygène|oxygène]] aux conditions normales, mais réagit à chaud avec [[Dioxygène|{{fchim|O|2}}]] pour former du [[trioxyde de molybdène]] {{fchim|MoO|3}} :
:2 {{fchim|MoS|2}} + 9 [[Dioxygène|{{fchim|O|2}}]] ⟶ 2 [[Trioxyde de molybdène|{{fchim|MoO|3}}]] + 4 [[Trioxyde de soufre|{{fchim|SO|3}}]].

Le [[Dichlore|chlore]] {{fchim|Cl|2}} attaque le disulfure de molybdène à haute température pour former du [[chlorure de molybdène(V)]] {{fchim|MoCl|5}} :
:2 {{fchim|MoS|2}} + 7 [[Dichlore|{{fchim|Cl|2}}]] ⟶ 2 [[Chlorure de molybdène(V)|{{fchim|MoCl|5}}]] + 2 [[Chlorure de soufre|{{fchim|S|2|Cl|2}}]].

Le disulfure de molybdène réagit aux conditions normales avec les [[organolithien]]s pour donner des [[Intercalation (chimie)|composés d'intercalation]] {{fchim|Li|{{mvar|x}}|MoS|2}}. Avec le {{nobr|[[n-Butyllithium|''n''-buthyllithium]]}} {{fchim|C|4|H|9|Li}}, il donne {{fchim|LiMoS|2}}.

== Applications ==

=== Comme lubrifiant solide ===

Le disulfure de molybdène sous forme de particules de {{unité/2|1|à=100|µm}} de diamètre est un [[lubrifiant solide]] couramment employé. Il existe peu d'alternatives ayant à la fois de bonnes propriétés lubrifiantes et une bonne stabilité thermique jusqu'à {{tmp|350|°C}} en milieu [[oxydant]]. Les tests de friction réalisés à l'aide d'une pointe sur un disque donnent comme [[coefficient de frottement]] à faible charge ({{unité|0.1|à=2|N}}) des valeurs inférieures à 0,1.

Le disulfure de molybdène entre souvent dans la composition de mélanges ou de [[Matériau composite|matériaux composites]] dont les surfaces doivent présenter une friction faible. C'est par exemple le cas des [[Matière plastique|matières plastiques]], pour lesquels l'addition de {{fchim|MoS|2}} conduit à la formation de composites à la résistance et aux propriétés de friction améliorées. Le [[nylon]], le [[polytétrafluoroéthylène]] et le {{Lien|lang=en|trad=Vespel|fr=Vespel}} comptent parmi les [[polymère]]s [[Composé organique|organiques]] susceptibles d'être chargés de {{fchim|MoS|2}}. On utilise également des revêtements auto-lubrifiants appliqués par [[dépôt chimique en phase vapeur]] pour les applications à haute température.

Des lubrifiants à base de disulfure de molybdène sont utilisés par exemple avec les [[Moteur à deux temps|moteurs à deux temps]], les [[Frein de bicyclette#Freins à rétropédalage|freins à rétropédalage]] de [[bicyclette]], les [[Joint de transmission|joints de transmission]], les [[Joint de Cardan|cardans]] et les [[Balle (projectile)|balles d'armes à feu]].

=== Comme catalyseur ===

Le disulfure de molybdène est utilisé comme [[Catalyse|cocatalyseur]] de [[désulfuration]] ([[hydrodésulfuration]]) en [[pétrochimie]]. Son efficacité comme catalyseur est accrue par [[Dopage (semi-conducteur)|dopage]] avec de petites quantités de [[cobalt]] et de [[nickel]]. L'[[alumine]] {{fchim|Al|2|O|3}} est fréquemment employée comme support de ces catalyseurs. Ces derniers sont produits ''in-situ'' en traitant de l'alumine imprégnée de molybdène et de cobalt ou de nickel avec du [[sulfure d'hydrogène]] {{fchim|H|2|S}} ou un réactif équivalent. La catalyse ne se déroule pas à la surface des régions cristallisées en feuillets réguliers, mais plutôt le long des bords de ces feuillets<ref name="10.1007/978-3-642-61040-0_1">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Henrik Topsøe, Bjerne S. Clausen et Franklin E. Massoth
 | titre       = Hydrotreating Catalysis
 | périodique  = Catalysis-Science and Technology
 | volume      = 11
 | année       = 1996
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 | url texte   = https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-642-61040-0_1
 | consulté le = 23 avril 2017
 | doi         = 10.1007/978-3-642-61040-0_1
 }}</ref>.

Le disulfure de molybdène est également utilisé comme catalyseur d'hydrogénation dans les [[Synthèse organique|synthèses organiques]]. Il est issu d'un [[métal de transition]] commun du {{6e|[[Groupe du tableau périodique|groupe]]}}, à la différence de nombreux autres catalyseurs équivalents, qui sont plutôt issus de métaux du {{10e|groupe}}, plus rares, de sorte que le {{fchim|MoS|2}} est retenu lorsque le prix du catalyseur ou sa résistance à l'[[Inhibiteur (chimie)|empoisonnement]] au soufre sont des critères déterminants. Il est efficace pour l'hydrogénation de [[Groupe fonctionnel|groupes]] [[Nitro (chimie)|nitro]] en groupes [[Amine (chimie)|amine]] et peut être employé pour produire des [[Amine secondaire|amines secondaires]] par [[amination réductrice]]<ref name="10.1021/jo01028a511">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Frederick S. Dovell et Harold Greenfield
 | titre       = Base-Metal Sulfides as Reductive Alkylation Catalysts
 | périodique  = The Journal of Organic Chemistry
 | volume      = 29
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 | pages       = 1265-1267
 | url texte   = http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jo01028a511
 | consulté le = 23 avril 2017
 | doi         = 10.1021/jo01028a511
 }}</ref>. Il peut également catalyser l'[[hydrogénolyse]] de [[Composé organosulfuré|composés organosulfurés]], d'[[aldéhyde]]s, de [[cétone]]s, de [[Phénol (groupe)|phénols]] et d'[[Acide carboxylique|acides carboxyliques]] pour donner leur [[alcane]] correspondant ; il n'est cependant pas très actif, et a souvent besoin de pression d'hydrogène supérieure à {{unité/2|95|atm}} et des températures supérieures à {{tmp|185|°C}}.

=== Comme semi-conducteur ===

Comme d'autres [[Chalcogénure|dichalcogénures]] de [[Métal de transition|métaux de transition]] ({{Abréviation|TMD|Transition Metal Dichalcogenides}}), les propriétés électroniques et optiques du disulfure de molybdène [[Matériau bidimensionnel|bidimensionnel]]<ref name="10.1038/nnano.2012.193">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Qing Hua Wang, Kourosh Kalantar-Zadeh, Andras Kis, Jonathan N. Coleman et Michael S. Strano
 | titre       = Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides
 | périodique  = Nature Nanotechnology
 | volume      = 7
 | numéro      = 11
 | jour        = 6
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 | année       = 2012
 | pages       = 699-712
 | url texte   = https://www.nature.com/articles/nnano.2012.193
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1038/nnano.2012.193
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 | bibcode     = 2012NatNa...7..699W
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}}.</ref> diffèrent de celles du matériau massif<ref name="10.1021/nn405938z">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Rudren Ganatra et Qing Zhang
 | titre       = Few-Layer {{fchim|MoS|2}}: A Promising Layered Semiconductor
 | périodique  = ACS Nano
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 | année       = 2014
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 | url texte   = https://pubs.acs.org/doi/10.1021/nn405938z
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1021/nn405938z
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 }}.</ref>. Le {{fchim|MoS|2}} massif est un [[semiconducteur]] à [[Gap direct et gap indirect|gap indirect]] avec une [[bande interdite]] large de {{unité|1.2 eV}}<ref name="10.1038/ncomms4087">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Wenjuan Zhu, Tony Low, Yi-Hsien Lee, Han Wang, Damon B. Farmer, Jing Kong, Fengnian Xia et Phaedon Avouris
 | titre       = Electronic transport and device prospects of monolayer molybdenum disulphide grown by chemical vapour deposition
 | périodique  = Nature Communications
 | volume      = 5
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 | accès url   = libre
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1038/ncomms4087
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 | bibcode     = 2014NatCo...5.3087Z
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 | arxiv       = 1401.4951
}}.</ref>{{,}}<ref name="10.1038/ncomms7293">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Jinhua Hong, Zhixin Hu, Matt Probert, Kun Li, Danhui Lv, Xinan Yang, Lin Gu, Nannan Mao, Qingliang Feng, Liming Xie, Jin Zhang, Dianzhong Wu, Zhiyong Zhang, Chuanhong Jin, Wei Ji, Xixiang Zhang, Jun Yuan et Ze Zhang
 | titre       = Exploring atomic defects in molybdenum disulphide monolayers
 | périodique  = Nature Communications
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 | accès url   = libre
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}}.</ref> tandis qu'un [[TMD 2D]] comme le {{fchim|MoS|2}} [[monocouche]] est à [[Gap direct et gap indirect|gap direct]] de {{unité|1.8 eV}}<ref name="10.1021/nl903868w">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Andrea Splendiani, Liang Sun, Yuanbo Zhang, Tianshu Li, Jonghwan Kim, Chi-Yung Chim, Giulia Galli et Feng Wang
 | titre       = Emerging Photoluminescence in Monolayer {{fchim|MoS|2}}
 | périodique  = Nano Letters
 | volume      = 10
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 | consulté le = 30 août 2024
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}}.</ref>, ce qui permet de réaliser des [[transistor]]s<ref name="10.1038/nnano.2010.279">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti et A. Kis
 | titre       = Single-layer {{fchim|MoS|2}} transistors
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}}.</ref> et des [[photodétecteur]]s<ref name="10.1021/nn405938z"/>{{,}}<ref name="10.1038/nnano.2013.100">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Oriol Lopez-Sanchez, Dominik Lembke, Metin Kayci, Aleksandra Radenovic et Andras Kis
 | titre       = Ultrasensitive photodetectors based on monolayer {{fchim|MoS|2}}
 | périodique  = Nature Nanotechnology
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}}.</ref>{{,}}<ref name="10.1002/anie.201301548">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = C. N. R. Rao, H. S. S. Ramakrishna Matte et Urmimala Maitra
 | titre       = Graphene Analogues of Inorganic Layered Materials
 | périodique  = Angewandte Chemie International Edition
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 | url texte   = https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201301548
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1002/anie.201301548
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 }}.</ref>. Il est également étudié pour des applications d'{{Lien|langue=en|trad=Flexible electronics|fr=électronique flexible}}<ref>
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Deji Akinwande, Nicholas Petrone et James Hone
 | titre       = Two-dimensional flexible nanoelectronics
 | périodique  = Nature Communications
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 | accès url   = libre
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1038/ncomms6678
 | pmid        = 25517105
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}}.</ref>{{,}}<ref name="10.1002/adma.201504309">
{{Article
 | langue      = en
 | nom1        = Hsiao-Yu Chang, Maruthi Nagavalli Yogeesh, Rudresh Ghosh, Amritesh Rai, Atresh Sanne, Shixuan Yang, Nanshu Lu, Sanjay Kumar Banerjee et Deji Akinwande
 | titre       = Large-Area Monolayer {{fchim|MoS|2}} for Flexible Low-Power RF Nanoelectronics in the GHz Regime
 | périodique  = Advanced Materials
 | volume      = 28
 | numéro      = 9
 | jour        = 2
 | mois        = mars
 | année       = 2016
 | pages       = 1818-1823
 | url texte   = https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201504309
 | consulté le = 30 août 2024
 | doi         = 10.1002/adma.201504309
 | pmid        = 26707841
 | s2cid       = 205264837
}}.</ref>

== Notes et références ==

{{Références}}

{{Palette|Composés du molybdène}}

{{Portail|chimie}}

[[Catégorie:Sulfure|Molybdene]]
[[Catégorie:Matériau semi-conducteur]]
[[Catégorie:Lubrifiant]]
[[Catégorie:Catalyseur pour hydrogénation]]