二氧化钼是+4价钼的氧化物，化学式为MoO2。它是紫色的金属导体。它在自然界以罕见的秋格瑞诺夫矿（英语：tugarinovite）的形式存在。二氧化钼可以由下述方法制备：单晶可通过碘参与的化学转移反应制备。碘和MoO2可逆地结合，产生挥发性的MoO2I2来使转移进行。氧化钼是“工业氧化钼”的成分之一，它在MoS2的冶炼中产生：MoO2可用作醇类的脱氢的催化剂，也可用作碳氢化合物或生物柴油的重整催化剂。通过还原在石墨上沉积的二氧化钼，可以制得钼纳米线。氧化钼也有潜力用作锂离子电池的阳极材料。
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