Titaandisulfied

Eienskappe

Algemeen
Naam	Titaandisulfied
Struktuurformule van
Chemiese formule	TiS2
Molêre massa	122,3 [g/mol][1]
CAS-nommer	12039-13-3[1]
Voorkoms	gele kristalle; grys poeier[1]
Reuk	in vogtige lug: soos H2S
Fasegedrag
Selkonstantes	a=340pm; c=570pm[2]
Ruimtegroep	P3m1[3]
Nommer	164
Strukturbericht	C6
Smeltpunt
Kookpunt
Digtheid
Oplosbaarheid	onoplosbaar; stadige hidrolise[1]
Suur-basis eienskappe
pKa
Veiligheid
Flitspunt
Tensy anders vermeld is alle data vir standaardtemperatuur en -druk toestande.
Portaal Chemie

Titaandisulfied of titaan(IV)sulfied is 'n verbinding van titaan in sy +4 oksidasietoestand en swael.

Dit het 'n gelaagde struktuur. Die lae word saamgestapel deur vanderwaalsinteraksies en kan in dun 2D-lae afgeskilfer word. Dit is 'n diamagnetiese halfmetaal.^[2] Dit beteken dat die stof se gevulde en leë energiebande oorlap. (Dit het 'n 'negatiewe' bandgaping) Die geleidbaarheid is hoog: 1,6 x 10^-3 Ω.cm. ^[4]

Kristalstruktuur

Titaandisulfied kristalliseer in die gelaagde trigonale toebroodjiestruktuur van kadmiumjodied (C6 in die strukturbericht-klassifikasie). ^[3]

Chemiese eienskappe

Titaandisulfied kan uit die elemente gevorm word onder uitsluiting van suurstof en vog, bv. in verseëlde en ontruimde kwartsbuise by hoë temperature soos 400-1000 °C^[5]

Groot enkelkristalle kan verkry word deur chemiese damptransport deur jodium as vervoermiddel te gebruik.^[6]

Titaandisulfied kan deur suurstof geoksideer word maar dit vereis temperature rond 350 °C^[4]

${\displaystyle TiS_{2}(s)+xO_{2}(g)\xrightarrow {350^{o}C} TiS_{2-x}O_{x}+xS_{2}}$

Hierdie reaksie kan ook tot die vorming van swaeldioksied lei.

Die hidrolise van TiS₂ deur waterdamp verloop egter reeds by kamertemperatuur:^[4]

${\displaystyle TiS_{2}(g)+2H_{2}O(g)\rightarrow TiO_{2}(s)+2H_{2}S(g)}$

Interkalasiechemie

Die interkalasieproses

Die kristalle kan aan interkalasie onderwerp word deur dit in 'n organiese oplosmiddel as 'n elektrode aan n-butiellitium (BuLi; CH₃CH₂CH₂CH₂Li) bloot te stel. Die reaksie kan weergegee word as:

${\displaystyle TiS_{2}+xBuLi\rightarrow Li_{x}TiS_{2}+0,5xBu-Bu}$

Die x-waarde kan tot x=1,03 toeneem en die butielgroepe vorm oktaan (Bu-Bu) Die proses verteenwoordig 'n geleidelike reduksie van Ti⁴⁺ na Ti³⁺. In hierdie proses bly die 2D-toebroodjielae intak maar die vanderwaalsgaping tussen die lae word met litiumione gevul en de c-as van die kristal word groter.

Die kinetiek van hierdie proses behels verskeie stappe:^[7]

1. Vervoer van n-butiellitium in die vloeistof na die kristal;
2. Chemisorpsie van BuLi op die kristaloppervlak;
3. Ladingsuitruiling tussen die gasheerrooster en litium;
4. Kombinasie van twee butielradikale wat oktaan in die vloeistof of by die kristaloppervlak vorm
5. Inkorporering van litiumione in die gasheermateriaal (interkalasie) en uitbreiding van die gasheerrooster
6. Diffusie van litiumione langs die toebroodjielae.

Titaandisulfied het vir 'n lang tyd die belangrikste interkalasiemateriaal gewees wat vir katodes in herlaaibare batterye gebruik is. Baie van die navorsing oor interkalasie is op hierdie materiaal gedoen. Sedert die 1990's is dit vervang deur ander dikalkogeniedverbindings of heeltemal ander materiale wat beter eienskappe het.^[8]

Fisiese eienskappe

Vanweë sy halfmetaalkarakter kan titaandisulfied nie as 'n sonsel gebruik word nie. Maar as 'n enkel toebroodjielaag met 'n enkellaag TiO₂ bedek word, verdwyn die oorlap in die energiebande en word dit 'n halfgeleier met 'n hoë ligabsorpsie. Hierdie toestelle kan doeltreffendhede van ~7% bereik.^[4]

Verwysings

1. "titanium disulfide". PubChem.
2. "TiS2". HQgraphene.
3. "ω Phase (CdI2, C6) Structure: AB2_hP3_164_a_d-001". Aflow.
4. Potong Liu (2020). "Atomic Layer Deposition of Titanium Disulfide based Charge Transport Layers for Perovskite Solar Cells" (PDF). TU/e Eindhoven; master thesis.
5. "Method of producing higher titanium sulphides". RU2552544C2 Russiese patent. 2013.
6. M. Saeki (1977). "Chemical transport rate of titanium disulfide". Materials Research Bulletin. 12 (8): 773–779. doi:10.1016/0025-5408(77)90004-6.
7. Schwarzburger, Nele Isabell, Knobel, Robert, Behrens, Harald, Binnewies, Michael, Horn, Ingo, Pelster, Andreas, Arlinghaus, Heinrich F., Dörrer, Lars and Schmidt, Harald. (2012). ""Kinetics of Lithium Intercalation in Titanium Disulfide Single Crystals"". Zeitschrift für Physikalische Chemie. 226 (5–6): 461–489. doi:10.1524/zpch.2012.0227.
8. Arne Hessenbruch (2011). "Titanium disulfide: the prototype cathode material". Caltech Material Science & engineering. Geargiveer vanaf die oorspronklike op 18 April 2023. Besoek op 29 Mei 2024.