# Disulfure de molybdène

Le disulfure de molybdène, ou sulfure de molybdène(IV), est un composé chimique de formule MoS$_2$. Il s'agit d'un solide noir cristallisé diamagnétique et semiconducteur, semblable au graphite par son apparence et son toucher, et de ce fait utilisé comme lubrifiant, parfois à température élevée. Sa forme minérale est la molybdénite, principal minerai dont est extrait le molybdène.

## Structure

Le disulfure de molybdène cristallise à température ambiante dans le système hexagonal (forme 2H-MoS$_2$) selon le groupe d'espace P6$_3$/mmc (n$^o$ 194) avec un gap indirect de 1,2 eV, tandis qu'une monocouche de MoS$_2$ présente un gap direct de 1,8 eV. Il existe également une forme 3R-MoS$_2$ de symétrie rhomboédrique dans le groupe d'espace R3m (n$^o$ 160). Dans le MoS$_2$ cristallisé, chaque Mo$^{4+}$ est lié à six ligands S$^{2−}$ occupant les sommets d'un prisme trigonal au sein duquel la couche d'atomes de molybdène est prise en sandwich entre deux couches d'atomes de soufre. Deux couches d'atomes de soufre adjacentes étant liées par des forces de van der Waals, elles présentent un faible coefficient de frottement entre elles, à l'origine de leurs propriétés lubrifiantes.
La forme bidimensionnelle du disulfure de molybdène fait de lui une alternative prometteuse au graphène pour des applications en micro-électronique.

## Propriétés chimiques

Le disulfure de molybdène est stable à l'air et à l'oxygène aux conditions normales, mais réagit à chaud avec O$_2$ pour former du trioxyde de molybdène MoO$_3$ :
    2 MoS$_2$ + 9 O$_2$ ⟶ 2 MoO$_3$ + 4 SO$_3$.
Le chlore Cl$_2$ attaque le disulfure de molybdène à haute température pour former du chlorure de molybdène(V) MoCl$_5$ :
    2 MoS$_2$ + 7 Cl$_2$ ⟶ 2 MoCl$_5$ + 2 S$_2$Cl$_2$.
Le disulfure de molybdène réagit aux conditions normales avec les organolithiens pour donner des composés d'intercalation Li$_x$MoS$_2$. Avec le n-buthyllithium C$_4$H$_9$Li, il donne LiMoS$_2$.

## Applications
### Comme lubrifiant solide

Le disulfure de molybdène sous forme de particules de 1 à 100 μm de diamètre est un lubrifiant solide couramment employé. Il existe peu d'alternatives ayant à la fois de bonnes propriétés lubrifiantes et une bonne stabilité thermique jusqu'à 350 °C en milieu oxydant. Les tests de friction réalisés à l'aide d'une pointe sur un disque donnent comme coefficient de frottement à faible charge (0,1 à 2 N) des valeurs inférieures à 0,1.
Le disulfure de molybdène entre souvent dans la composition de mélanges ou de matériaux composites dont les surfaces doivent présenter une friction faible. C'est par exemple le cas des matières plastiques, pour lesquels l'addition de MoS$_2$ conduit à la formation de composites à la résistance et aux propriétés de friction améliorées. Le nylon, le polytétrafluoroéthylène et le Vespel (en) comptent parmi les polymères organiques susceptibles d'être chargés de MoS$_2$. On utilise également des revêtements auto-lubrifiants appliqués par dépôt chimique en phase vapeur pour les applications à haute température.
Des lubrifiants à base de disulfure de molybdène sont utilisés par exemple avec les moteurs à deux temps, les freins à rétropédalage de bicyclette, les joints de transmission, les cardans et les balles d'armes à feu.

### Comme catalyseur

Le disulfure de molybdène est utilisé comme cocatalyseur de désulfuration (hydrodésulfuration) en pétrochimie. Son efficacité comme catalyseur est accrue par dopage avec de petites quantités de cobalt et de nickel. L'alumine Al$_2$O$_3$ est fréquemment employée comme support de ces catalyseurs. Ces derniers sont produits in-situ en traitant de l'alumine imprégnée de molybdène et de cobalt ou de nickel avec du sulfure d'hydrogène H$_2$S ou un réactif équivalent. La catalyse ne se déroule pas à la surface des régions cristallisées en feuillets réguliers, mais plutôt le long des bords de ces feuillets.
Le disulfure de molybdène est également utilisé comme catalyseur d'hydrogénation dans les synthèses organiques. Il est issu d'un métal de transition commun du 6e groupe, à la différence de nombreux autres catalyseurs équivalents, qui sont plutôt issus de métaux du 10e groupe, plus rares, de sorte que le MoS$_2$ est retenu lorsque le prix du catalyseur ou sa résistance à l'empoisonnement au soufre sont des critères déterminants. Il est efficace pour l'hydrogénation de groupes nitro en groupes amine et peut être employé pour produire des amines secondaires par amination réductrice. Il peut également catalyser l'hydrogénolyse de composés organosulfurés, d'aldéhydes, de cétones, de phénols et d'acides carboxyliques pour donner leur alcane correspondant ; il n'est cependant pas très actif, et a souvent besoin de pression d'hydrogène supérieure à 95 atm et des températures supérieures à 185 °C.

### Comme semi-conducteur

Comme d'autres dichalcogénures de métaux de transition (TMD), les propriétés électroniques et optiques du disulfure de molybdène bidimensionnel diffèrent de celles du matériau massif. Le MoS$_2$ massif est un semiconducteur à gap indirect avec une bande interdite large de 1,2 eV$^,$ tandis qu'un TMD 2D comme le MoS$_2$ monocouche est à gap direct de 1,8 eV, ce qui permet de réaliser des transistors et des photodétecteurs$^,$$^,$. Il est également étudié pour des applications d'électronique flexible (en)$^,$