二硫化鉬的制備及其應用研究進展

楊文　賈園　張鵬　關涵宇　張爽

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

【關鍵詞】水合熱法;表面活性劑促助法;二硫化鉬;復合材料

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，在人們日常生活中常常被用做固體潤滑劑。MoS2有著藍灰色或黑色的外表特征，擁有較為良好的化學穩定性和耐濕熱性，其表面光滑并呈現出金屬光澤，觸碰有滑膩的感覺。MoS2的實質為一類過渡金屬硫化物，經三層原子層組成，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，因此當在摩擦過程中受到外界壓力時，層間較易發生滾動，分子層易斷裂形成滑移面，待發生形變并滾動時，其一，可以在很大限度上可對其擔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，硫元素對常規金屬的粘附水平較強，因而與之摩擦時，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勢充分展現出來，即便處在類似于性高溫、高真空等嚴苛環境之下，其在抗摩擦、摩擦因數較低的特點也不會受到影響，綜上所述，MoS2是一類有無限發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者關注和重視。而制備出表觀形貌閉合的MoS2，并圍繞其規格及形貌展開調控與設計，這也是當下對其予以系統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異的MoS2，才能夠使其應用得到良好的發揮，為其納米粒子的運用創造無限的發展機遇。當下，制備MoS2的方法極多，通常包括了水合熱法，化學氣相沉積法，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 化學氣相沉積法

對于化學氣相沉積法而言，其工藝操作簡單、產品純度高、制作成本低廉，能夠制備出高質量、大尺寸且性能優良的二硫化鉬，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充當前驅體，于110～350℃環境下，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正相關的關聯，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鍵。

雖然這種方法有許多實際應用的可能性，可在實際的制備環節中會有H2S的產生，因而需對尾氣做好相應的處置工作，另外，在該環節中，產品外貌在氣相流量、壓力的波動干擾之下，所呈現的形態各異，因此該法還需要不斷地研究拓展新的領域和途徑。

1.2 物理機械法

對于物理機械法而言，其操控簡便，產品產出成效高。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，并對此現象做了數據處理、擬合和理論分析。此類球形構造的MoS2，其融入基礎潤滑油在其潤滑效果上將有極為出色的表現。可在現實的產出環節中，其重復性差，不能同大規模產出的訴求相契合。

1.3 水合熱法

在現實運用進程中，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格偏小，可在耐磨方面卻有極為出色的表現。

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、硫代乙酰胺充當前驅體，硅鎢酸充當添加劑，成經由上述方法，研制出二硫化鉬，產物直徑維持在300nm前后，經由近百片花瓣構成，單片花瓣維持在10nm前后。Suresh等[6]經由二氧化硅合成了納米二硫化鉬，產物于堿性環節下，面對氧化還原反應的催化方面有著極為出色的表現。

Tang等[7]證實，經由水熱法，來生成納米MoS2的進程之中，CTAB的加入致使反應產物呈納米花狀，造成這一現象的癥結在于CTAB長的碳鏈極易彎曲，將最初呈納米片狀產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，最終獲取的產物呈花狀，CTAB充當的是該環節的模板。

對于水熱法而言，其憑借自身反應周期短、操作簡便、綠色環保、產品純度高等一系列優勢，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環節中舉足輕重的一環。當下探究的核心內容為，圍繞其在納米二硫化鉬的形貌方面的作用，圍繞固體潤滑、光電材料等環節的探究則占少數，機制，在上述制備環節之中，產物多呈無定型結晶態，經由煅燒方可強化其結晶度，如此一來，在借此展開上述操作的進程之中，對于反應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，其反應過程平穩，多伴有分散發生，可對產物外貌進行優良的調控，發展潛能巨大。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納米材料的構造進行調控與設計。

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區間內的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、形態不一的特性;借助于Xiong等[11]與SDS充當復配表面活性劑，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，制備產物呈線型鏈狀。

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

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，及其復配劑在自身性質的牽制下，圍繞MoS2產物的外貌、微觀構造方面的調控效果極為顯著，圍繞其外表修飾作用及相關的反應原理予以系統探究，將有著 重大的現實意義。

2 二硫化鉬的應用

MoS2因其獨特而優良的機械、物理和化學性能被廣泛應用于光電材料、復合材料、生物分析、醫學領域、催化劑、碳素行業、機械制造和工程塑料等。二硫化鉬在高溫、低溫、高負荷、高轉速和超真空條件下，具有優異的潤滑性能，作為一種非常重要的固體潤滑劑，特別適用于高溫、高壓下的工作環境[13]。特別是一般的層狀結構MoS2納米粒子，其在耐磨減損方面有著極好的表現，已然成為相關專家探究的核心內容所在。

2.1 二硫化鉬作潤滑介質添加劑

鑒于MoS2擁有極為特殊的球狀構造，于潤滑介質可滾動分散，因而時常被作為潤滑添加劑而得到大規模地應用。金炯福等[14]將二硫化鉬類潤滑劑注入到潤滑油中，基礎油的潤滑水平由此得到了極大提升。在確保各個設備連續穩定運作的同時，還有節能減排的成效。

胡坤宏等[15]人則考察了不同形態MoS2微粒的摩擦學性能。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論證實，有別于常規的MoS2，其在極壓、潤滑減損兩方面的性能有著更加出色的表現。

葛榮熙等[16]針對某型機車輪對壓裝過程中出現的輪軸大量拉傷情況，通過現場實踐，提出改用二硫化鉬潤滑劑作為輪對壓裝潤滑介質，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合材料

對于樹脂基耐磨復合材料而言，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展可能。王軍等[17]借助橡塑復合材料為基體，將納米MoS2和普通二硫化鉬加入到基體材料中，以研發一類水潤滑橡塑復合尾軸承材料;經由對此類原料與各類載荷和轉速下的摩擦磨損性能進行測試。試驗結果表明：在相同載荷下，復合材料摩擦因數隨著轉速的升高先逐漸降低并最終維持平穩狀態，于轉速一致的條件下，此類原料摩擦因數在載荷增大時呈下降趨勢;復合材料摩擦因數隨著二硫化鉬添加量的增加先降低后升高，且在摩擦因數方面，此類材料的同一般的復合材料要低;MoS2鉬則對材料在該方面的性能予以了提升。

3 小結

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

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