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| 名前 | |
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| IUPAC名
ビス(テラニリデン)モリブデン
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| その他の名前
モリブデン(IV)テルル化物
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.031.832 |
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パブケム CID
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| モテ 2 | |
| モル質量 | 351.14 g/モル[1] |
| 外観 | 黒/鉛灰色 |
| 密度 | 7.7 g/cm3 [ 1] |
| 融点 | 分解する |
| 不溶性の | |
| 溶解度 | 硝酸 によって分解され、 非酸化性酸には溶けない |
| バンドギャップ | 1.1 eV（直接、単層）[2] 0.9 eV（間接、バルク）[2] [3] |
| 構造 | |
| hP6、P6 3 /mmc、No. 194（αまたは2H） mP12、P2 1 /m、No.11（βまたは1T） | |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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モリブデン(IV)酸化物二 硫化モリブデン二 セレン化モリブデン |
その他の陽イオン
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タングステン二テルル化物 |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
 （それは何ですか ？）
 インフォボックス参照
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モリブデン(IV)テルル化物、モリブデン二テルル化物、または単にモリブデンテルル化物は、化学式MoTe 2で表されるモリブデンとテルルの化合物であり、質量百分率でモリブデン 27.32% とテルル 72.68% に相当します。
2次元シートに結晶化することができ、それを薄くして柔軟でほぼ透明な単層にすることができます。半導体であり、蛍光を発することができます。遷移金属ジカルコゲニドと呼ばれる物質のクラスの一部です。半導体として、バンドギャップは赤外線領域にあります。これにより、電子機器や赤外線検出器の半導体として使用できる可能性があります。[4]
準備
MoTe 2は、正しい比率の元素を真空中で1100℃で加熱することで製造できます。[5]もう一つの方法は蒸着法で、モリブデンとテルルを臭素ガス中で揮発させてから蒸着させます。[6]臭素を使用するとn型半導体が形成されますが、テルルのみを使用するとp型半導体が形成されます。[7]
モリブデンジテルル化物中のテルル量は変化する可能性があり、製造時に過剰に添加されない限り、テルルはわずかに不足する。テルル分子比率は1.97～2の範囲である。[8]このプロセス中に堆積した余分なテルルは硫酸で溶解することができる。[9]
モリブデン膜をテルル蒸気中で850～870 Kで数時間アニールすると、MoTe2の薄い層が形成される。[10]
モリブデンヘキサカルボニルとデカリンに溶解したテルルを超音波反応させることで非晶質形態を生成することができる。[11]
二テルル化モリブデンはモリブデン酸（H 2 MoO 4）と二酸化テルル（TeO 2 ）の溶液から電気めっきによって形成され、ステンレス鋼またはインジウムスズ酸化物上に電気めっきすることができる。[12]
化学蒸着法（CVD）により650℃でMo薄膜をテルル化すると、六方晶系の半導体α型（2H-MoTe 2 ）が得られるが、MoO 3膜を用いると、同じ650℃の温度で単斜晶系の半金属β型（1T'-MoTe 2 ）が生成される。[13]
物理的特性
色
粉末状のMoTe2は黒色である。[14]
MoTe 2の非常に薄い結晶は粘着テープを使って作ることができます。厚さが約 500 nm のときは赤色光が透過します。さらに薄い層はオレンジ色または透明になります。スペクトルに吸収端が生じ、6720 Å より長い波長は透過し、より短い波長は大きく減衰します。77 K ではこの吸収端は 6465 Å に変化します。これは濃い赤色に相当します。[15]
赤外線
MoTe2は赤外線帯域で約43%を反射しますが、234.5cm −1にピークがあり、245.8cm −1に最小値があります。[16]
温度が下がると吸収帯は狭くなります。77Kでは1.141、1.230、1.489、1.758、1.783、2.049、2.523、2.578、2.805eVに吸収ピークがあります。[17]
励起子のエネルギーレベルは1.10 eV（A）と1.48 eV（B）で、その差は0.38 eVです。[18]
ラマンスペクトル
ラマンスペクトルには、波数 25.4、116.8、171.4 の 4 つの線と、 232.4 および 234.5 cm −1の二重の線があります。[16] 234.5 cm −1のピークは、特にナノレイヤーでの E 1 2gモードによるものですが、より厚いフォームとバルクでは、おそらく E 2 1uフォノンモードによる 232.4 cm −1の 2 番目のピークがあります。171.4 cm −1付近のピークはA 1gに由来します。138 および 185 cm −1 のピークは、高調波による可能性があります。B 1 2g は、層数の少ないナノレイヤーでの291 cm −1付近のピークに割り当てられます。 [19] E 1 2g周波数は、層数が減少するにつれて増加し、単層では236.6 cm −1になります。 A 1gモードは層数が減少するにつれて周波数が低下し、単層では172.4 cm −1となる。 [19]
結晶形態
MoTe 2 は、六方晶α（2H-MoTe 2）、単斜晶β（1T-MoTe 2）、および斜方晶β'（1T'-MoTe 2）という、かなり類似した層状構造を持つ3つの結晶形式で一般的に存在します。室温では、二硫化モリブデンに似た六方晶系で結晶化します。[5]結晶は板状または平坦です。[6] MoTe 2の単位格子サイズは、a = 3.519 Å c = 13.964 Åで、比重は7.78 g·cm −3です。[5]各モリブデン原子は、三角柱で6つのテルル原子に囲まれており、これらのMo原子とTe原子の間隔は2.73 Åです。[5]これにより、2つのテルル原子のサブレイヤーに挟まれたモリブデンのサブレイヤーが生成され、この3層構造が積み重ねられます。[21]各層の厚さは 6.97 Å です。[15]この層内では、同じサブ層にある 2 つのテルル原子が 80.7° の角度を成しています。1 つのサブ層のテルル原子は、下のサブ層のテルル原子の真上にあり、モリブデン原子に対して 83.1° の角度を成しています。サブ層間の他の Te-Mo-Te 角度は 136.0° です。サブ層内のモリブデン原子間の距離は 3.518 Å です。これは、サブ層内のテルル原子間の距離と同じです。1 つのサブ層のテルル原子と他のサブ層の原子間の距離は 3.60 Å です。[22]
層はファンデルワールス力によってのみ結合している。[23]層を挟んだテルル原子間の距離は 3.95 Å である。[22] 1 つの層の底部にあるテルル原子は、その下の層の上部にあるテルル原子の三角形の中心と一列に並んでいる。したがって、層は 2 つの異なる位置にある。[22]結晶は、3 つの層シート間の平面で非常に簡単に劈開する。[21]サイズは温度によって変化し、100 K では a=3.492 Å、400 K では 3.53 Å である。同じ範囲で、c は熱膨張により 13.67 Å から 14.32 Å に変化する。[21]六方晶系は 2H-MoTe 2とも呼ばれ、"H" は六方晶系を表し、"2" は層が 2 つの異なる位置にあることを意味する。2 層目ごとに同じ位置にある。
900 °C以上の温度では、MoTe 2 は単斜晶系1T形（β–MoTe 2）に結晶化し、空間群はP2 1 /m、単位格子サイズはa=6.33 Å、b=3.469 Å、c=13.86 Å、角度β=93°55′です。高温形態は棒状の結晶です。この多形の測定密度は7.5 g·cm −3ですが、理論的には7.67 g·cm −3になるはずです。テルル原子はモリブデン原子の周りに歪んだ八面体を形成します。[6]この高温形態はβ–MoTe 2と呼ばれ、急冷により室温まで急冷できます。[24]この準安定状態では、β-MoTe 2 は500 °C以下でも存続できます。[25]準安定β-MoTe 2を-20℃以下に冷却すると、その結晶形は斜方晶系に変化する。これは単斜晶角cが90°に変化するためである。この形はβ'または誤解を招くTdと呼ばれる。[26]
α-MoTe 2からβ-MoTe 2への転移は820℃で起こるが、Teが5％減少すると、必要な転移温度は880℃に上昇する。[25] K. UenoとK. Fukushimaは、α型を低真空または高真空で加熱すると酸化されてMoO 2を形成し、可逆的な相転移は起こらないと主張している。[27]
MoTe 2 は、バルクでは単結晶として製造することは困難ですが、粉末、多結晶形態、薄膜、数枚の TeMoTe シートからなるナノ層、2 枚のシートからなる二重層、または 1 枚のシートからなる単層として製造することもできます。
α-MoTe 2の薄いナノ層形態は、層の数に応じて異なる対称性を持ちます。層数が奇数の場合、対称群は反転なしでD 1 3hですが、層数が偶数の場合、反転しても同じ格子で対称群は D 3 3dです。[19]直径 20～60 nm のナノチューブは、アモルファス MoTe 2 を熱処理することで作成できます。[11]
電気
N型バルクα-MoTe 2の電気伝導率は 8.3 Ω −1 cm −1で、 1 立方センチメートルあたり5×10 17 個の可動電子があります。P型バルクMoTe 2の電気伝導率は 0.2 Ω −1 cm −1 で、正孔濃度は 3.2×10 16 cm −3 です。[7]電気伝導率のピークは約 235 K で、温度の低下とともに徐々に低下しますが、約 705 K で最小値まで低下します。705 K を超えると、温度とともに伝導率が再び増加します。[14]粉末状の MoTe 2 ははるかに高い抵抗を持っています。
β–MoTe 2の抵抗率は α–MoTe 2の1000 倍以上低く、約 0.002 Ω·cm です。 [24]本質的にはより金属的です。[25] β 形式ではモリブデン原子がより接近しているため、伝導帯が重なっています。[28]室温での抵抗率は 0.000328 Ω·cm です。[29]
斜方晶系MoTe 2はβ型よりも約10%低い抵抗を持ち、250 K付近の転移点を挟んで数度のヒステリシスを示します。抵抗は温度の低下とともにほぼ直線的に低下します。180 Kでの抵抗率は2.52×10 −4 Ω·cmです[29]。120 mKではこの物質は超伝導体になります[20] 。斜方晶系MoTe 2は空間反転対称性を破るため、その固有の超伝導性と結合できる強誘電性を示します。この結合を利用して、MoTe 2を使用した超伝導スイッチを作成しました[30]。[31]
低電流レベルでは、電圧はα型の電流に比例します。高電流では、MoTe 2は負の抵抗を示しますが、電流が増加すると材料全体の電圧は減少します。これは、適用できる最大電圧があることを意味します。負の抵抗領域では、電流を制限する必要があります。そうしないと、熱暴走により材料から作られたアイテムが破壊されます。[32]
ホール定数は、常温では化学量論的α-MoTe 2の場合約120 cm 3 /クーロンである。しかし、Teが減少すると、MoTe 1.94からMoTe 1.95の範囲の組成では定数は0に近くなる。[33]
純粋なMoTe2の場合、ゼーベック係数は室温で約450μV/Kですが、MoTe1.95では0に低下します。ゼーベック係数は温度が下がるにつれて増加します。[33]
バンドギャップ
MoTe 2のバルクα形態では、この材料は室温で間接バンドギャップが0.88 eV、直接バンドギャップが1.02 eVの半導体である。バルク形態の代わりにナノレイヤーを測定すると、層数が減るにつれて間接バンドギャップが増加する。α-MoTe 2は、非常に薄いスライスでは間接バンドギャップ材料から直接バンドギャップ材料に変化する。[34] 1層または2層（単層または二重層）の場合は直接バンドギャップ材料である。[35]
テルル欠乏MoTe2のバンドギャップは0.97から0.5に減少する。[8]仕事関数は4.1eVである。[36]
磁気
α–MoTe2は反磁性であるのに対し、β–MoTe2は常磁性である。[25]
X線
清浄なMoTe2結晶表面のX線光電子分光法では、モリブデン3d 3/2と3d 5/2による231 eVと227.8 eVのピークと、テルル3d 3/2と3d 5/2電子による582.9 eVと572.5 eVのピークが観測された。[7]
X線K吸収端は618.41±0.04 X単位で発生し、モリブデン金属では618.46 xuである。[37]
顕微鏡検査
α-MoTe 2のファンデルワールス表面の原子間力顕微鏡（AFM）では、テルル原子である滑らかな球が交互に並んでいるのがわかります。[28] AFM画像は、シリコン上のシリカ（SiO 2 ）表面でよく撮影されます。α-MoTe 2の単層の表面はシリカより0.9 nm上にあり、α-MoTe 2の各層ごとに0.7 nmが追加されます。[19]
α-MoTe 2の走査トンネル顕微鏡（STM）では、モリブデン原子が電流に寄与している金網のような六角形の格子が明らかになった。画像を得るには、0.5V以上または-0.3V以下の高いバイアス電圧が必要である。[28]
走査トンネル顕微鏡で調べたβ-MoTe 2表面では、異なる部分にテルル原子のパターンまたはモリブデン原子のパターンが見られる。走査先端が表面から離れると、テルル原子のみが見える。これはモリブデンの d z 2軌道がテルルの表面層を貫通することで説明される。モリブデンはテルルよりもはるかに大きな電流を供給できる。しかし、より離れた距離ではテルルの p 軌道しか検出できない。α 型に使用されるよりも低い電圧でも、原子画像が生成される。[28]
摩擦力顕微鏡（FFM）は、単位セル以下の解像度でスリップスティック画像を取得するために使用されています。[38] [39]
サーマル
α-MoTe 2の熱は原子の振動によるものです。これらの振動はフォノンに分解でき、フォノンでは原子がさまざまな方法で前後に動きます。単層の場合、テルル原子の平面内でのねじれは E″ と呼ばれ、テルルが層の平面内で移動するはさみ動作は E′ と呼ばれます。テルルが層に対して垂直に反対方向に平面外で振動する場合、フォノン モードは A′ 1であり、テルルがモリブデンと反対の同じ方向に移動するモードは A″ 1と呼ばれます。これらのモードのうち、最初の 3 つはラマン スペクトルでアクティブです。二重層では、1 つの層の底部の原子と下層の上部の原子の間に追加の相互作用があります。モード シンボルは接尾辞 "g" または "u" で変更されます。多くの層を持つバルク形態では、モードは A 1g （単層のA′ 1に相当）、 A 2u、 B 1u B 2g、 E 1g、 E 1u、 E 2g、 E 2uと呼ばれます。モード E 1g、 E 1 2g、 E 2 2g、 A 1gはラマン活性です。モード E 1 1u、 E 2 1u、 A 1 2u、 A 2 2uは赤外線活性です。[19]
α-MoTe 2の生成モル熱はβ-MoTe 2から−6 kJ/molである。β-MoTe 2の生成モル熱は−84 kJ/molである。Mo 3 Te 4の場合は−185 kJ/molである。[40]
熱伝導率は2 Wm −1 K −1である。[41]
プレッシャー
圧力下では、α-MoTe 2は13～19GPaの間で半金属になると予測されています。結晶形は100GPaまでの圧力では同じままです。[42] β-MoTe 2は圧力下で金属性が高くなることは予測されていません。[42]
角度分解光電子分光法
MoTe 2はトポロジカルフェルミアークを示す。これは、ローレンツ不変性の破れによって生じる新しいタイプ（タイプII）のワイルフェルミオンの証拠であり、高エネルギー物理学には対応するものが存在せず、電子と正孔のポケット間のトポロジカルに保護された接触として現れる可能性がある。トポロジカル表面状態は、バルクおよび表面感度角度分解光電子分光法を使用して表面状態を直接観察することで確認されている。[43]
他の
ポアソン比V∞ = 0.37。[41] 単層緩和イオン弾性係数C11 = 80、C12 = 21。[41] 単層緩和イオン圧電係数d11 = 9.13。[41]
反応
MoTe 2 は空気中で徐々に酸化されて二酸化モリブデン（MoO 2）を形成する。[5]高温では、MoTe 2 の酸化によりTe 2 MoO 7とTeMo 5 O 16が生成される。[44]その他の酸化生成物には、三酸化モリブデン、テルル、二酸化テルルなどがある。[45]多くの欠陥を含む二テルル化モリブデンの薄片は発光性が低く、空気中の酸素を吸収して発光性を失う。[4] [46]
高温に加熱すると、テルルがモリブデンジテルル化物から蒸発し、テルル欠乏型、そして Mo 2 Te 3 が生成される。[25]この変化は、Te 含有量と温度によって特性が大きく変化するため、実験に支障をきたす。高温の MoTe 2 上のTe 2の蒸気圧は、10 8.398-11790/Tで与えられる。[47]さらに加熱すると、Mo 2 Te 3 はTe 2蒸気を放出する。Te 2の分圧は、 10 5.56-9879/Tで与えられる。ここで、T は K 単位、圧力はバール単位である。モリブデン金属が残る。[47]
六方晶（0001）の平坦な部分の表面はテルルで覆われており、比較的不活性である。その上に他の同様の層を追加することができる。二硫化タングステンと二セレン化タングステン層は、ファンデルワールスエピタキシー（vdWE）によってモリブデンジテルル化物に追加されている。[48] MoTe 2の劈開面には金を堆積させることができる。α型では金は等方的に堆積する傾向があるが、β型では[010]結晶方向に沿って細長い帯を形成する。[49]結晶表面に堆積した他の物質には、セレン化インジウム（InSe）[50]、硫化カドミウム（CdS） [51] 、テルル化カドミウム（CdTe）[52]、二硫化スズ（SnS 2 ）、二セレン化スズ（SnSe 2）[53]、二セレン化タンタル（TaSe 2）などがあります。[54]また、シリセンを含むいくつかの他の単分子層もMoTe 2表面上に形成できると予測されています。シリセンはバルク結晶上ではゼロギャップ半導体になると言われていますが、MoTe 2の単分子層上または単分子層間では金属形態をとります。[55]ペリレンテトラカルボン酸無水物を含む有機分子は、ファンデルワールス表面上の層として組み込むことができます。[56]
α-MoTe 2のシートは、コール酸ナトリウム界面活性剤と超音波処理によって分離され、水中に分散することができる。オリーブグリーンの懸濁液を形成する。MoTe 2は疎水性であるが、界面活性剤は親油性の尾部で表面を覆っている。[57]
α-MoTe 2のシートはリチウムなどのアルカリ金属によって浸透され、層間化合物を形成できる。この特性は、リチウム電池の電極として使用できることを意味する。最大Li 1.6 MoTe 2を形成できる。この材料はα-MoTe 2と同様のX線回折パターンを示す。[58]
モリブデンのテルル化物を初めて作ったアンドレ・モレット[59]は、それが炎の中で燃えて青くなり、二酸化テルルの白い煙を出すことを発見した。希硝酸は酸化によってそれを溶かすことができる。しかし、高温または低温の塩酸や硫酸はMoTe 2を攻撃できなかった。[60] [61]しかし、261℃の濃硫酸はMoTe 2を完全に溶かす。水酸化ナトリウム溶液はMoTe 2を部分的に溶かす。[62]
関連物質
別のモリブデンテルル化物は化学式Mo 2 Te 3で表される。[5]
もう一つのモリブデンテルル化物、六モリブデン八テルル化物 Mo 6 Te 8は、立方体のような形をした黒い結晶を形成する。これは、正しい比率の元素を1週間1000℃で加熱すると形成される。これはシェブレル相と関連しているが、余分な金属カチオンがない。[63]しかし、超伝導ではない。[64]
金属原子や有機分子はMoTe2の層間に挿入することができる。[65]
潜在的な用途
MoTe 2の潜在的な用途としては、潤滑剤、電子機器、オプトエレクトロニクス、または光電池材料があります。ダイオードは、臭素でp型材料を焼成することによってMoTe 2から製造されています。 [7]ダイオードの電流対電圧プロットは、逆バイアスで電流が非常に少なく、dV/dln(j) が1.6の指数領域を示し、より高い電圧（> 0.3V）では抵抗による線形応答を示します。[66]コンデンサーとして動作する場合、静電容量はバイアスの2乗に反比例して変化し、高周波では低下します。[66]トランジスタも MoTe 2から作られています。[67] MoTe 2 は、低電力電子機器を構築する可能性があります。電界効果トランジスタ（FET）は、二重層、三層、およびより厚いナノ層から構築されています。[68]アンビポーラFETが構築されており、2つの上部電極を持ち、nモードまたはpモードで動作できるFETも構築されています。[69]
MoTe 2 は2つの相を持つため、2H半導体と1T'金属形態を混合したデバイスを構築することができます。レーザーは薄い層を急速に加熱して、2H-MoTe 2を金属形態の1T'-MoTe 2 (β-MoTe 2 )に変換することができます。[70] [疑わしい-議論]しかし、最近の研究では、代わりにMoTe 2からTe金属への分解が起こることが示されています。 [71] Teと1T'-MoTe 2 (β-MoTe 2 )の主なラマンバンドは同様の波数に来るため、元素Teと金属1T'-MoTe 2のラマンスペクトルを混同するのは非常に簡単です。
FET は、イオン液体またはポリエチレングリコールに溶解した過塩素酸カリウムなどの電解質からなる液体ゲートで覆われた二テルル化モリブデンの薄い層で構築できます。2 ボルト未満の低いゲート電圧では、デバイスは静電モードで動作し、ドレインからソースへの電流はゲート電圧に比例します。2 ボルトを超えると、デバイスは電流が増加しない中間領域に入ります。3.5 ボルトを超えると、ゲートを介して電流が漏れ、MoTe 2層にカリウム原子を挿入する電気分解が発生します。カリウムが挿入された二テルル化モリブデンは、2.8 K 未満で超伝導になります。[36]
潤滑剤としての二テルル化モリブデンは、真空中および500℃までの温度で摩擦係数が0.1未満で良好に機能します。しかし、二硫化モリブデンは摩擦が低く、二セレン化モリブデンはより高温でも機能します。[72]
関連するジカルコゲニドは、かなり効率的な光電池に加工することができる。[66]
潜在的に、窒化インジウムとモリブデンジテルル化物の積層単分子層は、屈折率の低下や吸収率の向上など、太陽光発電の特性改善をもたらす可能性がある。[73]
カドミウムテルル化物太陽電池は、モリブデンのバックプレート上に堆積されることが多い。接触部にモリブデンテルル化物が形成される可能性があり、これがn型の場合、太陽電池の性能を低下させる。[74]
モリブデンテルル化物のナノ層の小片は、反応することなく溶融ピューターに混合・分散させることができ、結果として得られる複合材料の剛性が2倍になります。[75]
モリブデンジテルル化物は、原子間力顕微鏡でタンパク質を検査するための基質として使用されてきました。これは、雲母などの従来の材料よりもタンパク質が固着しやすいという点で優れています。[76]
β–MoTe 2は比較的優れた水素発生電極触媒であり、非担持形態でもナノ構造化なしでもターフェル勾配78 mV/decを示す。α–MoTe 2の半導体多形はHERに対して不活性であることが判明した。優れた活性はβ–MoTe 2相のより高い導電性に起因するものであった。[77]
最近の研究では、β-MoTe 2で覆われた電極は、特定のパターンの高電流パルスが適用された場合、電気分解中に生成される水素ガスの量が増加することが示されています。酸性電解質を通る電流パルスを最適化することで、著者らは、元の非活性化材料と比較して、水素発生に必要な過電圧を約50％削減することができました。[78]
数層金属形態1T'-MoTe 2（β-MoTe 2）はSERS信号を増強するため、冠動脈および心血管疾患のいくつかの親油性マーカー（β-シトステロール）を数層フィルムの表面で選択的に検出することができます。[79]
参考文献
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