Diséléniure de molybdène

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].

Diséléniure de molybdène
__ Mo4+     __ Se2−
Structure cristalline du diséléniure de molybdène
Identification
No CAS 12058-18-3
No ECHA 100.031.831
No CE 235-027-9
PubChem 82894
SMILES
InChI
Propriétés chimiques
Formule MoSe2
Masse molaire[1] 253,88 ± 0,08 g/mol
Mo 37,8 %, Se 62,2 %,
Propriétés électroniques
Bande interdite ~0,85 eV (indirect, cristal)[2]

~1,5 eV (direct, monocouche)[3]
Cristallographie
Classe cristalline ou groupe d’espace (no 194)
Précautions
SGH[4]

Danger
H373, H410, P260, P304+P340+P312 et P403+P233
Transport[4]
-
   3288   
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le cristal est constitué de couches atomiques de molybdène Mo4+ situées entre deux couches d'ions séléniure Se2− 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 (no  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].

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, no 3,‎ , article no 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,‎ , article no 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, no 11,‎ , 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, no 20,‎ , 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, no 2,‎ , 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, no 5,‎ , p. 4284-4294 (PMID 24712299, PMCID 4046802, DOI 10.1021/nn405717p, lire en ligne)
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