Titaandisulfied

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. Dit beteken dat die stof se gevulde en leë energiebande oorlap. (Dit het 'n 'negatiewe' bandgaping) Die geleidbaarheid is hoog: 1,6 x 10Sjabloon:Sup Ω.cm.

Kristalstruktuur

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

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

Groot enkelkristalle kan verkry word deur chemiese damptransport deur jodium as vervoermiddel te gebruik.

Titaandisulfied kan deur suurstof geoksideer word maar dit vereis temperature rond 350 °C

$Ti{S}_2(s)+x{O}_2(g)\stackrel{350^{o}C}{\to }Ti{S}_{2-x}{O}_x+x{S}_2$

Hierdie reaksie kan ook tot die vorming van swaeldioksied lei.

Die hidrolise van Sjabloon:Ch2 deur waterdamp verloop egter reeds by kamertemperatuur:

$Ti{S}_2(g)+2H_{2}O(g)\to Ti{O}_2(s)+2H_{2}S(g)$

Interkalasiechemie

Die interkalasieproses

Die kristalle kan aan interkalasie onderwerp word deur dit in 'n organiese oplosmiddel as 'n elektrode aan n-butiellitium (BuLi; Sjabloon:Ch2) bloot te stel. Die reaksie kan weergegee word as:

$Ti{S}_2+xBuLi\to L{i}_{x}Ti{S}_2+0,5xBu-Bu$

Die x-waarde kan tot x=1,03 toeneem en die butielgroepe vorm oktaan (Bu-Bu) Die proses verteenwoordig 'n geleidelike reduksie van TiSjabloon:Sup na TiSjabloon:Sup. 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:

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.

Fisiese eienskappe

Vanweë sy halfmetaalkarakter kan titaandisulfied nie as 'n sonsel gebruik word nie. Maar as 'n enkel toebroodjielaag met 'n enkellaag Sjabloon:Ch2 bedek word, verdwyn die oorlap in die energiebande en word dit 'n halfgeleier met 'n hoë ligabsorpsie. Hierdie toestelle kan doeltreffendhede van ~7% bereik.