Карби́д димолибде́на (углеродистый молибден), неорганическое соединение молибдена, химическая формула Мо2С. Имеет традиционное название «углеродистый молибден». Соединение тёмно-серого, почти чёрного цвета, с молярной массой 203,89 г/моль.
Характеризуется комплексом важных свойств, таких как: высокая твёрдость (7 единиц по шкале Мооса), износостойкость, коррозионная стойкость, тугоплавкость (температура плавления 2230–2520 ᵒС), а также высокая электро- и теплопроводность. Карбид димолибдена может находиться во многих кристаллических формах. В системе молибден – углерод могут присутствовать различные карбидные фазы и свободный углерод, а их соотношение может меняться при нагреве. Кристаллы Mo2C имеют ромбическую форму (α-модификация), однако при температуре 1190 ᵒС возможен переход в гексагональную форму (β-модификацию). Наиболее распространённой является β-модификация с плотноупакованной гексагональной кристаллической структурой. Карбиды на основе металла молибдена являются катализаторами и применяются в реакции углекислотной конверсии метана, других превращениях углеводородов и водородной промышленности.
Химические свойства и применение
Кислоты, не содержащие кислород, не вступают в реакцию с карбидом Mo2C. При высоких температурах карбиды молибдена окисляются кислородом, но этот процесс является сложным. Также они разлагаются водой и разбавленными растворами кислот. При этом образуются водород и смесь углеводородов. Mo2C устойчив в растворах соляной (HCl) и плавиковой (HF) кислот любой концентрации на холоде и при нагревании, а также в разбавленной серной кислоте. Азотная кислота (HNO3) и царская водка (HNO3:HCl = 1:3) растворяют карбид молибдена.
Mo2C взаимодействует с хлором при 300–400 °С, приводя к образованию MoCl5. Фтор реагирует с Mo2C при комнатной температуре.
Карбиды димолибдена Мо2С вызывают интерес в качестве катализаторов из-за схожести строения электронных оболочек c благородными металлами. Применяются преимущественно в реакции углекислотной конверсии метана, а также в других реакциях превращения углеводородов.
Методы получения
Наиболее распространённый метод получения карбида димолибдена – взаимодействие металла Мо с углеродом С при высоких температурах (1400–1500 °С).
Другой метод получения карбидов молибдена – процесс восстановления триоксида молибдена (МоО3) до карбидов. МоО3 нагревают при медленном повышении температуры, в потоке CH4/H2. Данный метод получил название «температурно-программируемое карбидирование» (ТПК).
Другой перспективный метод получения карбидов димолибдена – высокотемпературный электрохимический синтез (ВЭС). Суть метода заключается в одновременном или последовательном проведении электрохимических реакций. Порошки карбида молибдена получают электролизом расплава LiF – NaBO2 – Na2CO3 – MoO3. Такой метод имеет ряд преимуществ перед другими методами получения. Так, электрохимические методы обеспечивают возможность регулирования толщины, пористости, степени шероховатости и размер зёрен. Другим преимуществом является сравнительно низкая температура синтеза – 973–1123 К.
Модифицированным методом СВС (самораспространяющийся высокотемпературный синтез) получают порошок карбида молибдена с частицами наноразмеров. Метод СВС заключается в предварительной пропитке угля растворимыми пероксокомплексами молибдена. Полученную смесь высушивают и затем подвергают обработке при температуре 250–300 °С в течение 4 часов. Конечными продуктами являются Мо2С, Мо2С3 или смесь этих соединений.
Существует способ получения наночастиц карбида молибдена, заключающийся в растворении пентахлорида молибдена в этаноле в соотношении 1/(1–3). Процесс осуществляется в две стадии. На первом этапе происходит нагрев в вакууме до температуры 430–450 ᵒС, на втором – нагревание в инертной среде азота до температуры 550–600 ᵒС с последующей выдержкой 2–3 ч. Такой способ позволяет снизить температуру процесса и синтезировать наночастицы Мо2С с размерами 5–10 нм.
Также существует золь-гель метод получения карбида молибдена. В этой технологии используются прекурсоры, которые представляют собой вещества способные к образованию полимолекул в определённых условиях. Основу метода составляет процесс перехода золя в гель. Золь представляет собой дисперсную систему с жидкой дисперсионной средой и твёрдой нанодисперсной фазой, образуется в результате реакций гидролиза и поликонденсации из приготовленного раствора. Далее в результате процесса старения образуется гель. На этой стадии происходит преобразование свободнодисперсной системы в связнодисперсную систему, формирование пространственной сетки геля и наблюдается увеличение вязкости системы. Молибденовые сини являются прекурсорами для получения ксерогелей, которые представляют собой продукт золь-гель процесса, что становится основой для синтеза карбида молибдена Мо2С. Для получения порошкообразного карбида молибдена, ксерогели молибденовых синей прокаливаются в кварцевой трубчатой печи при 900 °С в инертной среде.