sulfure de tungstène

Le sulfure de tungstène (IV) est le composé chimique de formule WS2. Il se produit naturellement comme le minéral rare appelé tungsténite. Ce matériau est un composant de certains catalyseurs utilisés pour l'hydrodésulfuration et l'hydrodénitrification.

WS2 adopte une structure en couches liée à MoS2, avec les atomes W situés dans la sphère de coordination prismatique trigonale. En raison de cette structure en couches, la WS2 forme des nanotubes inorganiques, découverts sur un exemple de la WS2 en 1992.

Propriétés

Bulk WS2 forme des cristaux hexagonaux gris foncé avec une structure en couches. Comme le très proche MoS2, il présente les propriétés d'un lubrifiant sec. Il est assez inerte chimiquement mais est attaqué par un mélange d’acides nitrique et fluorhydrique. Lorsque chauffé dans une atmosphère contenant de l'oxygène, WS2 se transforme en trioxyde de tungstène. Lorsqu'il est chauffé en l'absence d'oxygène, le WS2 ne fond pas mais se décompose en tungstène et en soufre, mais uniquement à 1250 ° C.

Le matériau subit une exfoliation par traitement à l'aide de divers réactifs tels que l'acide chlorosulfonique.

Synthèse

WS2 est produit par un certain nombre de méthodes. Nombre de ces méthodes impliquent le traitement d'oxydes avec des sources de sulfure ou d'hydrosulfure, fournies sous forme d'hydrogène sulfuré ou générées in situ. D'autres voies impliquent la thermolyse de sulfures de tungstène (VI) (par exemple, (R4N) 2WS4) ou de leurs équivalents (par exemple, WS3).

Applications

WS2 est utilisé, conjointement avec d’autres matériaux, comme catalyseur pour l’hydrotraitement du pétrole brut.

Recherche

Comme MoS2, la nanostructure WS2 est largement étudiée pour des applications potentielles. Il a été discuté pour le stockage de l'hydrogène et du lithium. En tant que tel, il est intéressant de rechercher des matériaux pour les cathodes de batterie au lithium secondaire à l'état solide et d'autres dispositifs électrochimiques. WS2 catalyse également l'hydrogénation du dioxyde de carbone:

CO2 + H2 → CO + H2O

Nanotubes

Illustration de la nanostructure noyau – coque PbI2 / WS2.

Le disulfure de tungstène est le premier matériau qui s'est révélé former des nanotubes inorganiques en 1992. Cette capacité est liée à la structure en couches de WS2 et des quantités macroscopiques de WS2 ont été produites par les méthodes susmentionnées. Les nanotubes WS2 ont été étudiés comme agents de renforcement pour améliorer les propriétés mécaniques des nanocomposites polymères. Dans une étude, les nanocomposites polymériques de fumarate de polypropylène (PPF) renforcés de nanotubes WS2 renforcés ont montré des augmentations significatives des nanocomposites de Young, de la limite d'élasticité à la compression, du module de flexion et de la limite d'élasticité, suggérant que les nanotubes WS2 peuvent être de meilleurs agents de renforcement que les nanotubes de carbone. L'ajout de nanotubes WS2 à la résine époxy a amélioré l'adhérence, la ténacité à la rupture et le taux de libération d'énergie de déformation. L'usure de l'époxy renforcé par des nanotubes est inférieure à celle de l'époxy pur. Les nanotubes WS2 ont été incorporés dans une matrice de nanofibres de poly (méthacrylate de méthyle) (PMMA) par électrofilage. Les nanotubes étaient bien dispersés et alignés le long de l’axe des fibres. L'amélioration de la rigidité et de la ténacité des mailles de fibres en PMMA au moyen de l'addition de nanotubes inorganiques peut avoir des utilisations potentielles en tant que matériaux absorbant les chocs, par ex. pour les gilets pare-balles.

Les nanotubes WS2 sont creux et peuvent être remplis d’un autre matériau, pour le conserver ou le guider vers un emplacement souhaité, ou pour générer de nouvelles propriétés dans le matériau de remplissage, qui est confiné dans un diamètre à l’échelle du nanomètre. À cette fin, des hybrides de nanotubes inorganiques ont été fabriqués en remplissant les nanotubes WS2 avec du sel fondu, de l’antimoine ou de l’iodure bithmuth par un processus de mouillage capillaire, produisant des nanotubes noyau-coquille PbI2 @ WS2.

Nanosheets

WS2 peut également exister sous la forme de feuilles atomiquement minces. De tels matériaux présentent une photoluminescence à la température ambiante dans la limite de monocouche