二硫化鉬的制備及其應(yīng)用研究進展

楊文　賈園　張鵬　關(guān)涵宇　張爽

【摘 要】二硫化鉬作為一種性能優(yōu)良的固體添加劑，在潤滑修復(fù)，工程材料，催化等領(lǐng)域具有較為廣泛的應(yīng)用。本論文在對二硫化鉬制備方法進行綜述的基礎(chǔ)上，對其在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了總結(jié)，同時對二硫化鉬未來的研究方向進行了展望。

【關(guān)鍵詞】水合熱法;表面活性劑促助法;二硫化鉬;復(fù)合材料

中圖分類號：TQ016 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）16-0078-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.16.034

Progress in Preparation and Application of Molybdenum Disulfide

YANG Wen JIA Yuan* ZHANG Peng GUAN Han-yu ZHANG Shuang

（College of Chemical Engineering， Xian University， the Key Laboratory for Surface Engineering and Remanufacturing in Shaanxi Province， Xian Shaanxi 710065， China）

【Abstract】As a solid additive with excellent properties， molybdenum disulfide has been widely used in the fields of lubrication repair， engineering materials and catalysis. In this paper， the preparation methods of molybdenum disulfide are reviewed， its application in various fields is summarized， and the future research direction of molybdenum disulfide is prospected.

【Key words】Heat method of hydration; Surfactant method; Molybdenum disulfide; Composite materials

二硫化鉬（MoS2）最為一種比較普遍的天然礦物質(zhì)，在人們?nèi)粘Ｉ钪谐３１挥米龉腆w潤滑劑。MoS2有著藍灰色或黑色的外表特征，擁有較為良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐濕熱性，其表面光滑并呈現(xiàn)出金屬光澤，觸碰有滑膩的感覺。MoS2的實質(zhì)為一類過渡金屬硫化物，經(jīng)三層原子層組成，兩層硫原子層中間為鉬原子層，因而造成了其形態(tài)上的特殊性。其原子間的共價鍵較強，而層間原子則的連接卻相對較弱，因此當(dāng)在摩擦過程中受到外界壓力時，層間較易發(fā)生滾動，分子層易斷裂形成滑移面，待發(fā)生形變并滾動時，其一，可以在很大限度上可對其擔(dān)負外壓的水平予以強化;其二，對于相對摩擦面積的減少大有裨益，摩擦系數(shù)由此減小，由此將材料的耐磨減損降到最低，進而加大零件的使用年限。此外，硫元素對常規(guī)金屬的粘附水平較強，因而與之摩擦?xí)r，其在金屬外邊可快速吸附上去，并將自身在減磨潤滑方面的優(yōu)勢充分展現(xiàn)出來，即便處在類似于性高溫、高真空等嚴苛環(huán)境之下，其在抗摩擦、摩擦因數(shù)較低的特點也不會受到影響，綜上所述，MoS2是一類有無限發(fā)展可能的空間的潤滑添加劑。因此，MoS2的研究也開始被越來越多的專家和學(xué)者關(guān)注和重視。而制備出表觀形貌閉合的MoS2，并圍繞其規(guī)格及形貌展開調(diào)控與設(shè)計，這也是當(dāng)下對其予以系統(tǒng)探究的一大核心方向，并已獲取了諸多令人欣喜的成績。

1 二硫化鉬的制備方法

在MoS2的應(yīng)用中，其制備方法的研究是首要解決的問題，只有制備出了形貌良好且性能優(yōu)異的MoS2，才能夠使其應(yīng)用得到良好的發(fā)揮，為其納米粒子的運用創(chuàng)造無限的發(fā)展機遇。當(dāng)下，制備MoS2的方法極多，通常包括了水合熱法，化學(xué)氣相沉積法，表面活性劑促助法及物理機械法等。多種制備方法為MoS2納米材料的不同形貌提供了新的思路。

1.1 化學(xué)氣相沉積法

對于化學(xué)氣相沉積法而言，其工藝操作簡單、產(chǎn)品純度高、制作成本低廉，能夠制備出高質(zhì)量、大尺寸且性能優(yōu)良的二硫化鉬，因此是MoS2納米材料的制備的較為常用的一種方法。何大偉等[1]采用簡化的化學(xué)氣相沉積法在常壓下藍寶石襯底上制備出了大尺寸的單晶二硫化鉬，生長的二硫化鉬為規(guī)則的三角形單層，邊長為50μm左右。Cheon等[2]借助于Mo（S-t-Bu）4充當(dāng)前驅(qū)體，于110～350℃環(huán)境下，來對二硫化鉬納米薄膜展開研制工作，粒徑維持在30～90nm，沉積溫度同其直徑間呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)聯(lián)，如此一來，在整個操作進程中，對沉積溫度予以把控則顯得尤為關(guān)鍵。

雖然這種方法有許多實際應(yīng)用的可能性，可在實際的制備環(huán)節(jié)中會有H2S的產(chǎn)生，因而需對尾氣做好相應(yīng)的處置工作，另外，在該環(huán)節(jié)中，產(chǎn)品外貌在氣相流量、壓力的波動干擾之下，所呈現(xiàn)的形態(tài)各異，因此該法還需要不斷地研究拓展新的領(lǐng)域和途徑。

1.2 物理機械法

對于物理機械法而言，其操控簡便，產(chǎn)品產(chǎn)出成效高。鄧柏寒等[3]用微機械力法制備了100um線度的石墨烯和10um的MoS2，并使用拉曼光譜作為手段鑒別石墨烯的層數(shù)，并對此現(xiàn)象做了數(shù)據(jù)處理、擬合和理論分析。此類球形構(gòu)造的MoS2，其融入基礎(chǔ)潤滑油在其潤滑效果上將有極為出色的表現(xiàn)。可在現(xiàn)實的產(chǎn)出環(huán)節(jié)中，其重復(fù)性差，不能同大規(guī)模產(chǎn)出的訴求相契合。

1.3 水合熱法

在現(xiàn)實運用進程中，對納米MoS2而言，運用頻率最高最廣泛的制備辦法為水合熱法，借此所研制出的材料規(guī)格偏小，可在耐磨方面卻有極為出色的表現(xiàn)。

孫嬌嬌等[4]為了制備低成本、高性能的非鉑析氫電催化劑，以四水合鉬酸銨和L-半胱氨酸為原料，借助于水熱法，在200℃下進行操作持續(xù)24h，完成MoS2的制備過程。傅重源等[5]將鉬酸鈉、硫代乙酰胺充當(dāng)前驅(qū)體，硅鎢酸充當(dāng)添加劑，成經(jīng)由上述方法，研制出二硫化鉬，產(chǎn)物直徑維持在300nm前后，經(jīng)由近百片花瓣構(gòu)成，單片花瓣維持在10nm前后。Suresh等[6]經(jīng)由二氧化硅合成了納米二硫化鉬，產(chǎn)物于堿性環(huán)節(jié)下，面對氧化還原反應(yīng)的催化方面有著極為出色的表現(xiàn)。

Tang等[7]證實，經(jīng)由水熱法，來生成納米MoS2的進程之中，CTAB的加入致使反應(yīng)產(chǎn)物呈納米花狀，造成這一現(xiàn)象的癥結(jié)在于CTAB長的碳鏈極易彎曲，將最初呈納米片狀產(chǎn)物吸附到表面展開自組裝，將少許的懸空鍵作消除處理，其產(chǎn)物的表面能予以降低，外表生長受到抑制，如此一來，最終獲取的產(chǎn)物呈花狀，CTAB充當(dāng)?shù)氖窃摥h(huán)節(jié)的模板。

對于水熱法而言，其憑借自身反應(yīng)周期短、操作簡便、綠色環(huán)保、產(chǎn)品純度高等一系列優(yōu)勢，得到了探究者們的一致好評與鐘愛，已然成為納米二硫化鉬研發(fā)環(huán)節(jié)中舉足輕重的一環(huán)。當(dāng)下探究的核心內(nèi)容為，圍繞其在納米二硫化鉬的形貌方面的作用，圍繞固體潤滑、光電材料等環(huán)節(jié)的探究則占少數(shù)，機制，在上述制備環(huán)節(jié)之中，產(chǎn)物多呈無定型結(jié)晶態(tài)，經(jīng)由煅燒方可強化其結(jié)晶度，如此一來，在借此展開上述操作的進程之中，對于反應(yīng)溫度的把控要精確到位，注意在其形貌方面的作用情況。

1.4 表面活性劑促助法

對于表面活性劑促助法，其反應(yīng)過程平穩(wěn)，多伴有分散發(fā)生，可對產(chǎn)物外貌進行優(yōu)良的調(diào)控，發(fā)展?jié)撃芫薮?。因而，可借助于對類型各異的表面活性劑予以選取，來圍繞MoS2納米材料的構(gòu)造進行調(diào)控與設(shè)計。

Tian等[8]加陰離子型的十二烷基苯磺酸鈉做表面活性劑，來對直徑在 20-40nm、50～150nm區(qū)間內(nèi)的MoS2納米桿進行制備;鄒同征等[9]借助于非離子型的聚乙二醇，來完成球狀MoS2顆粒的制備工作。fanasiev[10]則經(jīng)由陽離子型的十六烷基三甲基氯化銨，以完成MoS2顆粒的制備工作，制備物則有著分散性強、形態(tài)不一的特性;借助于Xiong等[11]與SDS充當(dāng)復(fù)配表面活性劑，備出線型鏈狀的來完成無機富勒烯納米MoS2顆粒的制備工作，在該進程之中，制備產(chǎn)物呈線型鏈狀。

白鴿玲等[12]則經(jīng)由上述方法，將PEG-20000充當(dāng)操作進程的包覆劑，來實現(xiàn)納米MoS2的制備，且借助于Span-80充當(dāng)分散劑，來圍繞1%MoS2納米球、超細二硫化鉬微米粉末復(fù)合潤滑油兩者展開制備工作，并針對其在滾動摩擦環(huán)節(jié)的表現(xiàn)展開了系統(tǒng)探究。

由上述探究不難看出，對于表面活性劑促助法而言，其種類與作用千差萬別，及其復(fù)配劑在自身性質(zhì)的牽制下，圍繞MoS2產(chǎn)物的外貌、微觀構(gòu)造方面的調(diào)控效果極為顯著，圍繞其外表修飾作用及相關(guān)的反應(yīng)原理予以系統(tǒng)探究，將有著 重大的現(xiàn)實意義。

2 二硫化鉬的應(yīng)用

MoS2因其獨特而優(yōu)良的機械、物理和化學(xué)性能被廣泛應(yīng)用于光電材料、復(fù)合材料、生物分析、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、催化劑、碳素行業(yè)、機械制造和工程塑料等。二硫化鉬在高溫、低溫、高負荷、高轉(zhuǎn)速和超真空條件下，具有優(yōu)異的潤滑性能，作為一種非常重要的固體潤滑劑，特別適用于高溫、高壓下的工作環(huán)境[13]。特別是一般的層狀結(jié)構(gòu)MoS2納米粒子，其在耐磨減損方面有著極好的表現(xiàn)，已然成為相關(guān)專家探究的核心內(nèi)容所在。

2.1 二硫化鉬作潤滑介質(zhì)添加劑

鑒于MoS2擁有極為特殊的球狀構(gòu)造，于潤滑介質(zhì)可滾動分散，因而時常被作為潤滑添加劑而得到大規(guī)模地應(yīng)用。金炯福等[14]將二硫化鉬類潤滑劑注入到潤滑油中，基礎(chǔ)油的潤滑水平由此得到了極大提升。在確保各個設(shè)備連續(xù)穩(wěn)定運作的同時，還有節(jié)能減排的成效。

胡坤宏等[15]人則考察了不同形態(tài)MoS2微粒的摩擦學(xué)性能。低載低速下，空心球形MoS2（空心球）與片狀納米MoS2（納米片）均能改善基礎(chǔ)油的減摩抗磨性能，高載高速下，空心球仍保持著較好的減摩抗磨性能結(jié)論證實，有別于常規(guī)的MoS2，其在極壓、潤滑減損兩方面的性能有著更加出色的表現(xiàn)。

葛榮熙等[16]針對某型機車輪對壓裝過程中出現(xiàn)的輪軸大量拉傷情況，通過現(xiàn)場實踐，提出改用二硫化鉬潤滑劑作為輪對壓裝潤滑介質(zhì)，完全解決了輪軸異常拉傷的問題。通過實驗證明，納米MoS2材料具有極好的潤滑性能。

2.2 二硫化鉬納米材料制備耐磨復(fù)合材料

對于樹脂基耐磨復(fù)合材料而言，其在摩擦方面的運用極為寬廣，如此一來，MoS2的研制為此類材料帶來了更為廣闊的發(fā)展可能。王軍等[17]借助橡塑復(fù)合材料為基體，將納米MoS2和普通二硫化鉬加入到基體材料中，以研發(fā)一類水潤滑橡塑復(fù)合尾軸承材料;經(jīng)由對此類原料與各類載荷和轉(zhuǎn)速下的摩擦磨損性能進行測試。試驗結(jié)果表明：在相同載荷下，復(fù)合材料摩擦因數(shù)隨著轉(zhuǎn)速的升高先逐漸降低并最終維持平穩(wěn)狀態(tài)，于轉(zhuǎn)速一致的條件下，此類原料摩擦因數(shù)在載荷增大時呈下降趨勢;復(fù)合材料摩擦因數(shù)隨著二硫化鉬添加量的增加先降低后升高，且在摩擦因數(shù)方面，此類材料的同一般的復(fù)合材料要低;MoS2鉬則對材料在該方面的性能予以了提升。

3 小結(jié)

綜上所述，MoS2納米粒子具有良好的形變性和抗壓抗磨能力，能夠應(yīng)用于許多行業(yè)，為生產(chǎn)生活帶來便利，因此研究和開發(fā)更好的MoS2改性材料是在未來的發(fā)展中占有至關(guān)重要的地位。

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