titanyum disülfür - Titanium disulfide
|
|
| İsimler | |
|---|---|
|
IUPAC adı
Titanyum(IV) sülfür
|
|
| Diğer isimler
Titanyum Sülfür, titanyum sülfür, titanyum disülfür, titanyum disülfür
|
|
| tanımlayıcılar | |
|
3B model ( JSmol )
|
|
| ECHA Bilgi Kartı |
100.031.699 
|
| AT Numarası | |
|
PubChem Müşteri Kimliği
|
|
|
CompTox Panosu ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Özellikleri | |
| TiS 2 | |
| Molar kütle | 111.997 g/mol |
| Görünüm | sarı toz |
| Yoğunluk | 3.22 g / cm ' 3 , bir katı |
| çözünmez | |
| yapı | |
| altıgen , boşluk grubu P 3 m1, No. 164 | |
| oktahedral | |
|
Aksi belirtilmedikçe, veriler standart durumdaki malzemeler için verilmiştir (25 °C [77 °F], 100 kPa'da). |
|
 doğrulamak ( nedir ?)
  |
|
| Bilgi kutusu referansları | |
Titanyum disülfür , Ti S 2 formülüne sahip inorganik bir bileşiktir . Yüksek elektrik iletkenliğine sahip altın sarısı bir katı, M E 2 stokiyometrisinden oluşan geçiş metali di kalkojenitler adı verilen bir bileşik grubuna aittir . TiS 2 , şarj edilebilir pillerde katot malzemesi olarak kullanılmıştır .
yapı
Bir ile tabakalı yapı , TiS 2 bir benimser bir altıgen yakın analog (HCP) yapısı, kadmiyum iyodür (CDI 2 ). Bu motifte oktahedral deliklerin yarısı bir " katyon ", bu durumda Ti 4+ ile doldurulur . Her Ti merkezi, bir oktahedral yapıda altı sülfit ligandı ile çevrilidir. Her sülfür üç Ti merkezine bağlıdır, S'deki geometri piramidaldir. Çeşitli metal di kalkogenidler MoS özellikle, benzer yapılara benimsemeye, ancak bazı 2 , yoktur. TIS tabakalar 2 kovalent TiS bağları oluşur. TIS münferit tabakalar 2 ile birbirine bağlanan Waals kuvvetleri der van nispeten zayıf moleküller arası kuvvetler bulunmaktadır. P 3 m1 uzay grubunda kristalleşir . Ti-S bağ uzunlukları 2.423 Å'dir.
interkalasyon
TIS tek ve en faydalı ve en çok çalışılan özelliği 2 elektropozitif elemanları ile işlenmesi üzerine araya ekleme geçmesi yeteneğidir. İşlem, lityum durumunda gösterilen bir redoks reaksiyonudur :
- TiS 2 + Li → LiTiS 2
LiTiS 2 genellikle Li + [TiS 2 - ] olarak tanımlanır. İnterkalasyon ve deinterkalasyon sırasında, genel formül Li x TiS 2 (x < 1) ile bir dizi stokimetri üretilir . Ara katlama sırasında, ara katman aralığı genişler (kafes "şişir") ve malzemenin elektrik iletkenliği artar. Ara katman kuvvetlerinin zayıflığı ve ayrıca Ti(IV) merkezlerinin indirgemeye karşı duyarlılığı nedeniyle ara katlama kolaylaştırılır. Interkalasyon, disülfid malzemesinin bir süspansiyonu ile susuz amonyak içindeki bir alkali metal çözeltisinin birleştirilmesiyle gerçekleştirilebilir. Alternatif olarak, katı TiS 2 ısıtma üzerine bir alkali metal ile reaksiyona girer.
Sert-bant modeli varsayar (RBM), elektronik bant yapısını interkalasyon değişmez, interkalasyon üzerine elektronik özelliklerinde değişiklikler açıklanır.
Deinterkalasyon, interkalasyonun tersidir; katyonlar katmanlar arasından difüze olur. Bu işlem, bir Li/TiS 2 pilin yeniden şarj edilmesiyle ilişkilidir . Intercalation ve deintercalation, döngüsel voltametri ile izlenebilir . Titanyum disülfidin mikro yapısı, interkalasyon ve deinterkalasyon kinetiğini büyük ölçüde etkiler . Titanyum disülfid nanotüpler, polikristal yapıya göre daha yüksek alım ve deşarj kapasitesine sahiptir. Nanotüplerin daha yüksek yüzey alanının, anot iyonları için polikristal yapıdan daha fazla bağlanma yeri sağladığı varsayılmaktadır.
Malzeme özellikleri
Resmi olarak d 0 iyonu Ti 4+ ve kapalı kabuk dianyonu S 2− içeren TiS 2 , esasen diyamanyetiktir. Manyetik duyarlılığı 9 x 10 −6 emu/mol'dür, değer stokiyometriye duyarlıdır. Titanyum disülfid bir yarı metaldir , yani iletim bandı ve değerlik bandı arasında küçük bir örtüşme vardır .
Yüksek basınç özellikleri
Titanyum disülfid tozunun özellikleri , oda sıcaklığında yüksek basınçlı senkrotron x-ışını kırınımı (XRD) ile incelenmiştir. Ortam basıncında, TiS 2 yarı iletken gibi davranırken , 8 GPa'lık yüksek basınçlarda malzeme yarı metal gibi davranır. 15 GPa'da taşıma özellikleri değişir. 20 GPa'ya kadar Fermi seviyesinde durumların yoğunluğunda önemli bir değişiklik yoktur ve 20.7 GPa'ya kadar faz değişikliği meydana gelmez. TiS yapısındaki bir değişiklik, 2 bir yüksek basınç fazı yeni yapısı tespit edilmemiştir, ancak 26.3 GPa'lık bir basınçta gözlenmiştir.
Titanyum disülfidin birim hücresi 3.407 x 5.695 angstrom'dur . Birim hücrenin boyutu 17.8 GPa'da azaldı. Otoyollarının için gözlendi göre birim hücre büyüklüğü azalma daha büyük olmuştur 2 ve WS 2 titanyum disülfid daha yumuşak ve daha sıkıştırılabilir olduğunu belirtir. Titanyum disülfidin sıkıştırma davranışı anizotropiktir . S-Ti-S katmanlarına paralel eksen (c ekseni), S ve Ti atomlarını bir arada tutan zayıf van der waals kuvvetleri nedeniyle S-Ti-S katmanlarına (a ekseni) dik eksenden daha fazla sıkıştırılabilir. 17,8 GPa'da c ekseni %9,5 ve a ekseni %4 sıkıştırılır. S-Ti-S katmanlarına paralel düzlemde boyuna ses hızı 5284 m/s'dir. Katmanlara dik boyuna ses hızı 4383 m/s'dir.
sentez
Titanyum disülfür, elementlerin 500 °C civarında reaksiyona girmesiyle hazırlanır.
- Ti + 2S → TiS 2
Titanyum tetraklorürden daha kolay sentezlenebilir , ancak bu ürün tipik olarak elementlerden elde edilenden daha az saftır.
- TiCl 4 + 2 H 2 S → TiS 2 + 4 HCl
Bu yol, kimyasal buhar biriktirme yoluyla TiS 2 filmlerinin oluşumuna uygulanmıştır . Hidrojen sülfür yerine tiyoller ve organik disülfidler kullanılabilir.
Çeşitli diğer titanyum sülfürler bilinmektedir.
TiS 2'nin kimyasal özellikleri
TiS 2 örnekleri havada kararsızdır. Isıtma üzerine katı, titanyum dioksite oksidasyona uğrar :
- TiS 2 + O 2 → TiO 2 + 2 S
TiS 2 ayrıca suya duyarlıdır:
- TiS 2 + 2H 2 O → TiO 2 + 2 H 2 S
Isıtma sonucunda, TiS 2 serbest bırakır sülfür, titanyum (III) 'ün oluşturulması türevi:
- 2 TiS 2 → Ti 2 S 3 + S
sol-jel sentezi
TIS ince filmleri 2 ile hazırlanmıştır sol-jel süreçte titanyum izopropoksit (Ti (OPr i ) 4 ) ve akabinde santrifüj yoluyla kaplama . Bu yöntem, altıgen TIS'ı yüksek sıcaklıklarda kristalize olduğu amorf malzeme elde edilir 2 , kristalizasyon [001] yönelimler, [100] ve [001] yönleri. Yüksek yüzey alanları nedeniyle bu tür filmler pil uygulamaları için çekicidir.
TiS 2'nin olağandışı morfologları
Daha özel morfolojileri - nanotüpler , nanokümeler , bıyık, nanodisks, ince filmler, fulerenler - genellikle standart reaktifler, TiC birleştirerek hazırlanır 4 alışılmadık şekillerde. Örneğin, çiçek benzeri morfolojiler, 1-oktadesen içindeki bir kükürt çözeltisinin titanyum tetraklorür ile işlenmesiyle elde edildi.
Fulleren benzeri malzemeler
TIS bir şekilde 2 , bir ile Fulleren yapısı benzeri TiC kullanılarak hazırlanmıştır 4 / H 2 yöntemi. Ortaya çıkan küresel yapıların çapları 30 ile 80 nm arasındadır. Küresel şekilleri sayesinde, bu fullerenler , çeşitli uygulamalarda faydalı olabilecek, azaltılmış sürtünme katsayısı ve aşınma sergilerler .
Nanotüpler
TIS Nanotupler 2 TiC bir varyasyonu kullanılarak sentezlenebilir 4 / H 2 S yol. Göre , transmisyon elektron mikroskopisi (TEM), bu borular 20 nm bir dış çapa ve 10 nm'lik bir iç çapa sahiptir. Nanotüplerin ortalama uzunluğu 2-5 µm idi ve nanotüplerin içi boş olduğu kanıtlandı. Açık uçlu uçlara sahip TiS 2 nanotüplerin, 25 °C'de ve 4 MPa hidrojen gazı basıncında ağırlıkça yüzde 2,5'e kadar hidrojen depoladığı bildirilmektedir. Absorpsiyon ve desorpsiyon oranları hızlıdır, bu da hidrojen depolaması için caziptir. Hidrojen atomlarının kükürte bağlandığı varsayılır.
Nanokümeler ve nanodiskler
Nanokümeler veya TiS 2'nin kuantum noktaları , kuantum sınırlaması ve çok büyük yüzey/hacim oranları nedeniyle ayırt edici elektronik ve kimyasal özelliklere sahiptir . Nanokümeler misel kullanılarak sentezlenebilir . Nanokümeleri TiC bir çözeltiden hazırlanır 4 ters misel yapısı olarak görev yapan ve nanotüpler aynı genel reaksiyonda nanoclustere büyümesini ekildi tridodecylmethyl amonyum iyodür (TDAI) 'de. Nükleasyon, genellikle düşük dielektrik sabiti atıl bir yağ olan sürekli ortamda yüklü türlerin çözünmemesi nedeniyle misel kafesi içinde meydana gelir . Dökme malzeme gibi, TiS 2'nin nanoküme formu altıgen katmanlı bir yapıdır. . Kuantum hapsi, iyi ayrılmış elektronik durumlar yaratır ve dökme malzemeye kıyasla bant aralığını 1 eV'den fazla artırır . Bir spektroskopik karşılaştırma, 0.85 eV'lik kuantum noktaları için büyük bir maviye kayma gösterir .
TIS Nanodisks 2 TiCb işlenmesiyle ortaya çıkan 4 kükürt ile oleilamin .
Uygulamalar
Titanyum disülfidin şarj edilebilir pillerde bir katot malzemesi olarak vaadi 1973 yılında M. Stanley Whittingham tarafından açıklanmıştır . Grup IV ve V dikalkojenitler, yüksek elektriksel iletkenlikleri nedeniyle dikkat çekmiştir. Orijinal olarak açıklanan pil, bir lityum anot ve bir titanyum disülfid katot kullandı. Bu pil yüksek enerji yoğunluğuna sahipti ve lityum iyonlarının titanyum disülfür katoduna difüzyonu tersine çevrilebilirdi ve pili şarj edilebilir hale getirdi. Titanyum disülfür, en hafif ve en ucuz kalkojenit olduğu için seçilmiştir. Titanyum disülfür ayrıca kristal kafes içine en hızlı lityum iyon difüzyon hızına sahiptir. Ana sorun, birden fazla geri dönüşümden sonra katodun bozulmasıydı. Bu tersine çevrilebilir interkalasyon işlemi, pilin şarj edilebilir olmasını sağlar. Ek olarak titanyum disülfür, IV ve V grubu katmanlı dikalkojenitlerin en hafifi ve en ucuzudur. 1990'larda, çoğu şarj edilebilir pilde titanyum disülfidin yerini diğer katot malzemeleri (manganez ve kobalt oksitler) aldı.
TiS 2 katotlarının kullanımı, katı hal lityum pillerde, örneğin hibrit elektrikli araçlar ve fişli elektrikli araçlarda kullanım için ilgi çekici olmaya devam etmektedir .
Tüm katı hal pillerin aksine, çoğu lityum pil, yanıcılıkları nedeniyle güvenlik sorunları oluşturan sıvı elektrolitler kullanır. Bu tehlikeli sıvı elektrolitlerin yerini almak için birçok farklı katı elektrolit önerilmiştir. Katı hal pillerin çoğu için yüksek arayüz direnci, interkalasyon sürecinin tersine çevrilebilirliğini düşürür ve yaşam döngüsünü kısaltır. Bu istenmeyen arayüzey etkileri TiS 2 için daha az problemlidir . Tamamen katı hal lityum pil, maksimum 1500 W/kg güç yoğunluğu ile 50 döngüde 1000 W/kg güç yoğunluğu sergiledi. Ek olarak, pilin ortalama kapasitesi 50 döngüde %10'dan daha az azaldı. Titanyum disülfid yüksek elektriksel iletkenliğe, yüksek enerji yoğunluğuna ve yüksek güce sahip olmasına rağmen, deşarj voltajı, katotların daha yüksek indirgeme potansiyeline sahip olduğu diğer lityum pillere kıyasla nispeten düşüktür.
Notlar
daha fazla okuma
- http://authors.library.caltech.edu/5456/1/hrst.mit.edu/hrs/materials/public/Titanium_disulfide.htm
- Tao, Y.; Wu, X.; Zhang, Y.; Dong, L.; Zhu, J.; Hu, Z. (2008). "Mikro ölçekli altıgen plakaların yüzey destekli sentezi ve tek kristalli titanyum disülfidin çiçek benzeri desenleri ve bunların alan emisyonu özellikleri". Kristal Büyüme ve Tasarım . 8 (8): 2990–2994. doi : 10.1021/cg800113n .
- Zhang, Y.; Li, Z.; Jia, H.; Luo, X.; Xu, J.; Zhang, X.; Yu, DJ (2006). " Basit bir kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle TiS 2 bıyık büyümesi". Kristal Büyüme Dergisi . 293 (1): 124–127. doi : 10.1016/j.jcrysgro.2006.03.063 .