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1317-33-5 / 二硫化钼的用途及制法

背景及概述[1]

二硫化钼是辉钼矿的主要成分。二硫化钼是一种有金属光泽的灰黑色粉末。天然品偏铅灰色,而人工合成者偏黑色。不溶于有机溶剂、水和稀酸,可与热硫酸、热硝酸和王水反应。与石墨相似,为六方晶系的片状结晶叠合在一起,摩擦因数小,容易沿水平方向滑动,而分层,因此,可用作固体润滑剂。对放射线也较稳定。

用途[2]

二硫化钼用作固体润滑剂;可以制成五种不同的型式,其一是二硫化钼粉剂,纯度在95%以上,粒径0.4~10μm。其二为膏状,将二硫化钼细粉与矿物油或合成油制成50%的膏,涂布于需润滑之处,或嵌压入需润滑的转动轴承中。其三为油状,将二硫化钼充分分散在矿物油或合成油中,制成分散均匀的油,其中含二硫化钼约10%,二硫化钼的粒径应在0.4μm或以下。其四为润滑脂型,脂中含二硫化钼约3%~5%,二硫化钼的平均粒径为3~7μm。其五为干性涂膜润滑剂,将二硫化钼加入涂料中,制成具有润滑功能的“功能性涂料”,将该涂料涂覆在需要润滑之处。除用作润滑剂之外,还用作半导体原料.钼衍生物原料。

制法[2]

MoS2的制备方法根据前驱体的不同可以分为天然法和人工合成法。天然法制备MoS2是采用浮选法、浸出剂、烘干提纯和机械研磨等方法获得纳米级MoS2。此方法虽然可以大批量制备MoS2,但需要大量天然精矿,生产成本高,制约着MoS2的应用前景,所以研究人员力求研究出简单、低廉、产率高的制备方法。目前MoS2的制备方法层出不穷,大致可分为化学合成法和物理合成法。化学合成法可以更好地控制纳米材料的结构、形貌、表面性能等,主要包括气相法、液相法与固相法等,其中气相法主要有化学气相沉积法、高温硫化法等;液相法则包括水热法、溶剂法、模板法、溶胶–凝胶等。常见的物理合成方法则有物理气相沉积法、机械研磨法、剥离法等。下面将对常见的制备方法进行简单的介绍。

1)化学气相沉积法:化学气相沉积法,即固态硫源和钼源在高温情况下升华为气态的过程,通过改变保护气体的比例来控制纳米MoS2的结构。利用低压化学气相沉积法(LPCVD)在商购Au箔片上成功制备了单层MoS2,通过改变生长温度或者衬底位置使三角型单层MoS2薄片尺寸由纳米级(200nm)变为微米级。通过化学气相沉积法在SiO2衬底上大面积生长MoS2原子层,成功获得了厚度为1~5nm的MoS2原子层。

2)高温硫化法:高温硫化法,即在高温环境、还原性气体保护下,将钼源(MoO3、MoCl3等)中的六价钼还原到四价钼,然后在硫源(H2S、气态S单质)的硫化作用下,制得纳米MoS2。钼源为MoO3,硫源为H2S时硫化的反应机理为:

二硫化钼的用途及制法

钼源为MoO3,硫源为S单质时硫化的反应机理为:

二硫化钼的用途及制法

在还原性气体(Ar气)的保护下,将钼源在550℃反应20min,然后在硫源中220℃硫化成垂直排列层状MoS2薄膜,长度约10nm。将钼源(MoO3)在空气环境下加热至750℃并保持8h后,自然冷却至室温形成白色或黄色纤维状样品,在单质硫的硫化作用下(350~1100℃,4~10h)制得六角形MoS2微米片,其中850K硫化8h制备的样品生长较为匀称。

3)剥离法剥离法:制备的纳米MoS2结晶度好,质量高,无杂质,且操作简单,适用于制备单个器件,但也存在一些不足,如难以重复、不能批量生产等。将反应物置于惰性气体(Ar气)环境下反应2d,得到剥离插层物LixMoS2,然后将样品清洗至中性成功制得了层状MoS2,300℃退火后剥离材料由亚金属相转变为半导体的相。通过电化学剥离法成功制备了大面积的MoS2纳米片,MoS2与Pt线间为直流偏压。采用机械剥离法成功制备了单层MoS2,厚度约为0.8nm。通过液相剥离法成功制备了MoS2量子点点缀的层状纳米结构MoS2,MoS2量子点尺寸约为2nm,MoS2片横向尺寸约为1μm。

主要参考资料

[1] 实用精细化工辞典

[2] 纳米结构二硫化钼的制备及其应用