TUNGSTEN(IV) SULFIDA SEBAGAI BAHAN KATALIS HIDRODESULFURISASI DAN HIDRODENITRIFIKASI

Tungsten(IV) sulfida ialah senyawa kimia dengan rumus WS2. Senyawa ini terjadi secara alami sebagai mineral langka yang disebuttungstenite. Mineral ini merupakan komponen dari katalis yang digunakan untuk hidrodesulfurisasi dan hidrodenitrifikasi.

WS2 mengadopsi struktur berlapis terkait dengan MoS2, dengan atom W bersuasana dalam lingkaran koordinasi trigonal prismatik. Karena struktur berlapis ini, WS2 membentuk tabung nano anorganik, yang ditemukan pada contoh WS2 pada tahun 1992.

Nama IUPAC senyawa sulfide ini ialah Bis(sulfanilidena)-tungsten dan nama sistematisnya Ditioksotungsten, serta nama lainnya Tungsten(IV) sulfida, juga tungstenite (nama mineralnya). Adapun sifat-sifatnya adalah:

• Rumus molekul: WS2
• Berat molekul: 247,98 gr/mol
• Penampilan: Serbuk biru-abu-abu
• Densitas: 7,5 gr/cm3 (padat)
• Titik lebur: 1250 °C (terurai)
• Kelarutan dalam air: Sedikit larut
• Struktur Kristal: Molibdenit
• Geometri koordinasi: Trigonal prismatik (WIV); Piramida (S2−)
• Indeks Uni Eropa (bahaya): Tidak terdaftar

SIFAT FISIKA DAN KIMIA

WS2 curah berbentuk kristal heksagonal abu-abu-gelap dengan struktur berlapis. WS2 tidak aktif secara kimia dan hanya dapat terlarut oleh campuran asam nitrat dan asam hidrofluorida. Bila dibakar dalam atmosfir yang mengandung oksigen, WS2 berubah menjadi tungsten trioksida. Bila dipanaskan tanpa hadirnya oksigen, WS2 tidak melebur tetapi terurai menjadi dan  sulfur pada suhu 1250 °C.

SINTESIS

WS2 diproduksi melalui sejumlah cara:

• Sintesis hidrotermal.
• Reaksi fase gas dari H2S atau campuran H2S/Ar dengan logam tungsten.
• Reduksi ammonium tetratiotungstat ((NH4)2WS4) pada suhu  ~1300 °C dalam aliran gas hidrogen.
• Dekomposisi langsung berbagai prekursor tetraalkil-ammonium tetratiotungstat dalam atmosfir gas lembab (inert).
• Perlakuan dengan gelombang mikro larutan asam tungstat, unsur belerang dan monoetanolamin.
• Pemanasan WS3 dengan tanpa kehadiran oksigen (sebaliknya produknya adalah tungsten trioksida).
• Meleburkan campuran tungsten trioksida, kalium karbonat dan belerang.
• Fase cair eksfoliasi—pengupasan keluar WS2 curah dalam asam klorosulfonat.

KEGUNAAN

WS2 berstruktur nano menemui aplikasi sebagai bahan penyimpan hidrogen dan litium, sebagai bahan untuk katoda baterai litium sekunder keadaan-padat; sebagai komponen baterai dan perangkat elektrokimia lain; sebagai pelumas kering; dan sebagai katalis dalam hidrodesulfurisasi minyak mentah. WS2 juga mengkatalisis produksi karbon monoksida:

CO2 + H2 → CO + H2O

Membawa hasil reaksi ini ke level di atas 99,9%.

TABUNG NANO

Tungsten disulfida adalah bahan pertama yang ditemukan membentuk tabung nano anorganik, pada tahun 1992. Kemampuan ini terkait dengan struktur WS2 yang berlapis, dan jumlah makroskopik dari WS2 telah diproduksi dengan cara-cara yang tersebut di atas.

Selain kepentingan ilmiah, nanotube ini dipelajari untuk aplikasi potensial. WS2 nanotube telah diteliti sebagai zat penguat untuk meningkatkan sifat-sifat mekanikpolimer nanocomposit.

Dalam sebuah studi, nanotube WS2 diperkuat nanokomposit polimerbiodegradable dari polipropilena fumarat (PPF) menunjukkan peningkatan yang signifikan dalam modulus Young, daya kompresi yang dihasilkan, modulus lentur dan daya lentur yang dihasilkan, dibandingkan dengan karbon nanotube-berdinding- tunggal dan -multi diperkuat PPF nanokomposit, menunjukkan bahwa nanotubeWS2 dapat menjadi zat memperkuat lebih baik dari karbon nanotubekarbon.

Penambahan nanotube WS2 pada resin epoksi dapat memperbaiki adesi, tahan retak dan regangan laju pelepasan energi. Keausan epoksi nanotube-diperkuat adalah delapan kali lebih rendah dibandingkan dengan epoksi murni.Tabung nano WS2 yang dimasukkan ke dalam poli(metil metakrilat, PMMA) matriks serat nano melalui electrospinning.

Tabung nano terdispersi juga dan sejajar sepanjang sumbu serat. Ditingkatkan kekakuan dan ketangguhan serat PMMA menjerat dengan cara penambahan nanotube anorganik mungkin telah berpotensi digunakan sebagai bahan dampak-menyerapan, misalnya untuk rompi balistik.

Tabung nano WS2 adalah berongga dan dapat diisi dengan bahan lain, untuk mempertahankan atau memandu ke lokasi yang diinginkan, atau untuk menghasilkan sifat baru dalam bahan pengisi yang terkurung dalam diameter skala nanometer. Untuk tujuan ini, hibrida nanotube anorganik dibuat dengan mengisi WS2 nanotube dengan timah cair, garam antimon atau bismut  iodida dengan proses pembasahan kapiler, menghasilkaninti-kulit tabung nano PbI2@WS2, SbI3@WS2 atau BiI3@WS2 core-shell nanotube.

LEMBARAN NANO

WS2 dapat juga terdapat dalam bentuk lembaran tipis atomik. Sifat-sifat yang menarik seperti Fotoluminesen Suhu-Tinggi dan bahan anoda pada baterai ion-Li telah dilaporkan dalam studi terbaru.