Diséléniure de molybdène

Diséléniure de molybdène
__ Mo^4+     __ Se^2− Structure cristalline du diséléniure de molybdène
Identification
N^o CAS	12058-18-3
N^o ECHA	100.031.831
N^o CE	235-027-9
PubChem	82894
SMILES	[Se]=[Mo]=[Se] PubChem, vue 3D
InChI	Std. InChI : vue 3D InChI=1S/Mo.2Se Std. InChIKey : MHWZQNGIEIYAQJ-UHFFFAOYSA-N
Propriétés chimiques
Formule	MoSe2
Masse molaire[1]	253,88 ± 0,08 g/mol Mo 37,8 %, Se 62,2 %,
Propriétés électroniques
Largeur de bande interdite	~0,85 eV (indirect, cristal)[2] ~1,5 eV (direct, monocouche)[3]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace	(n^o 194) hexagonal Hermann-Mauguin : ${\displaystyle P\ 6_{3}/m\ 2/m\ 2/c\,}$ Hermann-Mauguin court : ${\displaystyle P6_{3}/mmc\,}$ Schoenflies : ${\displaystyle D_{6h}^{4}\,}$
Précautions
SGH[4]
Danger H373, H410, P260, P304+P340+P312 et P403+P233 H373 : Risque présumé d'effets graves pour les organes (indiquer tous les organes affectés, s'ils sont connus) à la suite d'expositions répétées ou d'une exposition prolongée (indiquer la voie d'exposition s'il est formellement prouvé qu'aucune autre voie d'exposition ne conduit au même danger) H410 : Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme P260 : Ne pas respirer les poussières/fumées/gaz/brouillards/vapeurs/aérosols. P304+P340+P312 : En cas d'inhalation : transporter la personne à l’extérieur et la maintenir dans une position où elle peut confortablement respirer. Appeler un CENTRE ANTIPOISON/un médecin en cas de malaise. P403+P233 : Stocker dans un endroit bien ventilé. Maintenir le récipient fermé de manière étanche.
Transport[4]
-    3288    Numéro ONU : 3288 : SOLIDE INORGANIQUE TOXIQUE, N.S.A. Classe : 6.1 Étiquette : 6.1 : Matières toxiques Emballage : Groupe d'emballage III : matières faiblement dangereuses.
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.
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Le diséléniure de molybdène est un composé chimique de formule MoSe₂. Il s'agit d'un solide cristallisé semiconducteur de structure analogue à celle du disulfure de molybdène MoS₂, constitué de feuillets superposés au sein desquels les atomes sont unis par des liaisons fortes et entre lesquels les interactions sont faibles. Il est possible de libérer ces feuillets par exfoliation, ce qui permet de produire le diséléniure de molybdène comme matériau bidimensionnel dont l'épaisseur est celle de la maille cristalline élémentaire du matériau massif[5].

Structure

Le cristal est constitué de couches atomiques de molybdène Mo^4+ situées entre deux couches d'ions séléniure Se^2− en formant une structure prismatique trigonale dans le matériau massif, qui devient octaédrique une fois exfolié en feuillets élémentaires, de sorte qu'on rencontre les deux structures[6]. Dans le matériau massif, MoSe₂ cristallise donc dans le système hexagonal, groupe d'espace P6₃/mmmc (n^o  194) avec comme paramètres de maille, a = 328,4 ± 0,1 pm et c = 1292,7 ± 0,4 pm et comme nombre d'unités par maille, Z= 2[7]. Les deux atomes de molybdène occupent les sites 2(c) : ± (1/3, 2/3, 1/4) tandis que les quatre atomes de sélénium sont en 4(f) : (1/3, 2/3, z ; 1/3, 2/3, 1/2-z) avec z(Se) = 62,10 ± 0,03 pm. Ces résultats donnent comme distances interatomiques pour MoSe₂ dans les plans :

• Mo - 6Se = 252,7 pm (prisme trigonal)
• Mo - 6Mo = Se - 6Se = 328,9 pm
• Se - 1Se = 333,5 pm

et entre les plans

• Se -3Se = 366,0 pm

Cette structure correspond à presque le même paramètre z pour les atomes du chalcogène à celles reportées pour la forme hexagonale de MoS₂[8],[9] et pour la forme basse température de MoTe₂[10],[11].

Fabrication

La synthèse du MoSe₂ fait intervenir une réaction directe entre le molybdène et le sélénium en tube scellé à haute température :

Mo + 2 Se → MoSe₂.

On utilise un halogène comme le brome et l'iode pour purifier le composé à basse pression (de l'ordre de 1,3 Pa à 0,8 Pa) et à haute température (600 °C à 700 °C). Il doit être chauffé très progressivement afin d'éviter toute explosion en raison du caractère exothermique de cette réaction. Le MoSe₂ cristallise dans une structure hexagonale au fur et à mesure que le matériau refroidit[6]. Le sélénium en excès peut être éliminé par sublimation sous vide[12].

Il est possible de produire des feuillets bidimensionnels de diséléniure de molybdène par exfoliation de cristaux massifs à l'aide ruban adhésif ou par dépôt chimique en phase vapeur[13]. La mobilité des électrons dans le MoSe₂ bidimensionnel est plus élevée que celle du disulfure de molybdène MoS₂. Le MoSe₂ bidimensionnel adopte des structures semblables à celles du graphène, bien que ce dernier ait une mobilité des électrons plusieurs milliers de fois supérieure. Contrairement au graphène, cependant, le MoSe₂ bidimensionnel a un gap direct, permettant d'envisager des applications dans les transistors et les photodétecteurs.

Notes et références

1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
2. (en) Won Seok Yun, S. W. Han, Soon Cheol Hong, In Gee Kim, and J. D. Lee, « Thickness and strain effects on electronic structures of transition metal dichalcogenides: 2H-MX₂ semiconductors (M = Mo, W; X = S, Se, Te) », Physical Review B, vol. 85, n^o 3,‎ 17 janvier 2012, article n^o 033305 (DOI 10.1103/PhysRevB.85.033305, Bibcode 2012PhRvB..85c3305Y, lire en ligne)
3. (en) G. Kioseoglou, A. T. Hanbicki, M. Currie, A. L. Friedman et B. T. Jonker, « Optical polarization and intervalley scattering in single layers of MoS₂ and MoSe₂ », Scientific Reports, vol. 6,‎ 26 avril 2016, article n^o 25041 (PMCID 4844971, DOI 10.1038/srep25041, lire en ligne)
4. Fiche Sigma-Aldrich du composé Molybdenum diselenide Crystal, 99.995%, consultée le 23 avril 2017.
5. (en) Qing Hua Wang, Kourosh Kalantar-Zadeh, Andras Kis, Jonathan N. Coleman et Michael S. Strano, « Electronics and optoelectronics of two-dimensional transition metal dichalcogenides », Nature Nanotechnology, vol. 7, n^o 11,‎ novembre 2012, p. 699-712 (PMID 23132225, DOI 10.1038/nnano.2012.193, lire en ligne)
6. (en) Philip A. Parilla, Anne C. Dillon, Bruce A. Parkinson, Kim M. Jones, Jeff Alleman, Gerald Riker, David S. Ginley et Michael J. Heben, « Formation of Nanooctahedra in Molybdenum Disulfide and Molybdenum Diselenide Using Pulsed Laser Vaporization », The Journal of Physical Chemistry B, vol. 108, n^o 20,‎ 20 mai 2004, p. 6197-6207 (PMID 18950101, DOI 10.1021/jp036202+, lire en ligne)
7. K. D. Bronsemja, J. L. De Boer BOER, F. Jellinek, On the Structure of Molybdenum Diselenide and Disulfide, Z. anorg. allg. Chem., 1986, Vol. 540/541, pp. 5-7. DOI 10.1002/zaac.19865400904.
8. G. Dickinson, L. Pauling, J. Am. Chem. Soc., 1923, vol. 45, p. 1466.
9. T. Yamaguti, Proc. Phys. Math. Soc. Jpn., 1932, vol. 14, p. 57.
10. D. Puotinen, R. E. Newnham,Acta Crystallogr., 1961, vol. 14, p. 691.
11. O. Knop, R. D. Macdonald, Can. J. Chem., 1961, vol. 39, p. 897.
12. (en) A.A. Al-Hilli et B.L. Evans, « The preparation and properties of transition metal dichalcogenide single crystals », Journal of Crystal Growth, vol. 15, n^o 2,‎ juillet 1972, p. 93-101 (DOI 10.1016/0022-0248(72)90129-7, Bibcode 1972JCrGr..15...93A, lire en ligne)
13. (en) Harry M. T. Choi, Victor A. Beck et Niles A. Pierce, « Next-Generation in Situ Hybridization Chain Reaction: Higher Gain, Lower Cost, Greater Durability », ACS Nano, vol. 8, n^o 5,‎ 27 mai 2014, p. 4284-4294 (PMID 24712299, PMCID 4046802, DOI 10.1021/nn405717p, lire en ligne)