Titanium disulfide

IUPAC名

Titanium(IV) sulfide
別称Titanium Sulfide, titanium sulphide, titanium disulfide, titanium disulphide
識別情報
CAS登録番号12039-13-3
PubChem61544
EC番号232-223-6
SMILES

S=[Ti]=S

InChI

InChI=1S/2S.Ti

特性
化学式TiS2
モル質量111.997 g/mol
外観yellow powder
密度3.22 g/cm3, solid
水への溶解度insoluble
構造
結晶構造hexagonal, space group P3m1, No. 164
配位構造octahedral
特記なき場合、データは常温 (25 °C)・常圧 (100 kPa) におけるものである。

二硫化チタン (にりゅうかチタン、Titanium disulfide) は、化学式TiS2で表される無機化合物である。

高い電気伝導性（英語版）を備えた金黄色の固体[1]で、化学量論比ME2からなる遷移金属ジカルコゲン化物と呼ばれる化合物のグループに属する。TiS2は、充電式電池のカソード材料として使用されている。
構造

層状構造（英語版）のTiS2は、ヨウ化カドミウム (CdI2) に類似した六方最密充填 (hcp) 構造をとる。このモチーフでは、八面体の穴の半分が「カチオン」、この場合はTi4+で満たされている[1][2]。各Ti中心は、八面体構造の6つの硫化物配位子によって囲まれている。各硫化物は3つのTi中心に接続されており、Sの形状はピラミッド形である。いくつかの金属ジカルコゲン化物は同様の構造をとるが、一部、特にMoS2はそうではない[2]。TiS2の層は Ti – S共有結合で構成されている。TiS2の個々の層は、比較的弱い分子間力であるファンデルワールス力によって結合される。空間群P3m1で結晶化する[3]。Ti – S結合の長さは2.423Aである[4]。TiS2カソードへのLiのインターカレーションの漫画。このプロセスには、1つの結晶軸の膨張とLiからTiへの電荷移動が含まれる。
インターカレーション詳細は「インターカレーション」を参照

TiS2の最も有用で最も研究されている特性は、陽性元素で処理するとインターカレーションを受ける能力である。このプロセスは酸化還元反応であり、リチウムの場合を例に挙げる:

       TiS2 + Li → LiTiS2

LiTiS2は一般にLi+[TiS2-]と表記される。インターカレーションおよびデインターカレーション中に、一般式LixTiS2 (x < 1) で一定範囲の化学量論が生成される。インターカレーション中に、層間の間隔が拡大し（格子が「膨張」し）、材料の導電率が増加する。層間力が弱いことと、Ti(IV) 中心が還元されやすいため、インターカレーションが促進される。インターカレーションは、ジスルフィド材料の懸濁液とアルカリ金属の無水アンモニア溶液を組み合わせることによって行うことができる。あるいは、固体のTiS2を加熱するとアルカリ金属と反応する。

電子バンド構造がインターカレーションによって変化しないと仮定するリジッド=バンド・モデル (RBM)（英語版）は、インターカレーションによる電子特性の変化を記述する。

デインターカレーションはインターカレーションの逆である。カチオンは層の間から拡散する。このプロセスは、Li/TiS2バッテリーの再充電に関連している。インターカレーションとデインターカレーションはサイクリック・ボルタンメトリーで監視できる。二硫化チタンの微細構造は、インターカレーションおよびデインターカレーションの反応速度に大きく影響する。二硫化チタンナノチューブは、多結晶構造よりも高い取り込みおよび放出能力を持っている[5]。ナノチューブのより高い表面積は、多結晶構造よりも多くのアノードイオンの結合部位を提供すると仮定されている[5]。
材料特性

形式的にはd0イオンTi4+と閉殻ジアニオンS2-を含むTiS2は本質的に反磁性である。その磁化率は9 x 10?6 emu/molであり、その値は化学量論の影響を受ける[6]。二硫化チタンは半金属であり、伝導帯（英語版）と価電子帯（英語版）の重なりが小さいことを意味する。
高圧特性

二硫化チタン粉末の特性は、室温での高圧シンクロトロンX線回折（英語版） (XRD) によって研究されている[3]。大気圧では、TiS2は半導体として動作するが、8GPaの高圧では材料は半金属として動作する[3][7]。15GPaでは、輸送特性が変化する[7]。20GPaまではフェルミ準位の状態密度に大きな変化はなく、20.7GPaまでは相変化は起こらない。TiS2の構造の変化は26.3GPaの圧力で観察されたが、高圧相の新しい構造は決定されていない[3]。

二硫化チタンの単位格子は3.407×5.695Aである。単位格子のサイズは17.8GPaで減少した。単位格子サイズの減少は、MoS2およびWS2で観察されたものよりも大きく、二硫化チタンがより柔らかく、より圧縮しやすいことを示している。