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/H_2. 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.