二硫化钼的部分性能及应用

二硫化钼（MoS2）是由天然钼精矿粉经化学提纯后改变分子结构而制成的固体粉剂，被誉为“高级固体润滑油王”。二硫化钼是由三层原子层构成，钼原子层夹在两层硫原子层之间，形成类似“三明治”结构的特殊层状形貌，因此具有非常优良的各向异性、催化性能以及较低的摩擦系数。随着研究的不断深入，尤其是近些年很多国内外研究学者对二维二硫化钼的深入研究，越来越多的性能被逐渐发现。

二硫化钼部分性能及应用

二硫化钼是一种奇特的材料，具有0D（粉末状）、1D（管状）、2D（层状）和3D（块状）不同的结构，因此表现出特有的性质。在锂离子电池、钠离子电池和超级电容器中进行交叉对比，由二维层状MoS2（2D）制备的正极复合材料电池无论是在能量密度方面还是在循环寿命方面都比另外几种正极材料电池更加优秀。在不同的硫化钼化合物中，MoS2是最重要的，目前世界各国都在对其进行基础研究、计算研究和实验研究。因为同时具有大尺寸体积特性以及花瓣纳米片状特性所产生的量子限制效应，MoS2的多层纳米结构在生物和电子学等多个领域的应用非常重要。目前，有多种方法可制备MoS2纳米花，如水/溶剂热法、溶胶–凝胶法、化学法、化学气相沉积法等。大量研究表明，水热合成法制备出具有花瓣状形貌的MoS2纳米材料应用最为广泛。

二硫化钼是一种类石墨烯的二维过渡族金属硫化物，二硫化钼晶体是由多个分子层通过范德华力结合，层与层之间的距离是0.69nm，单个分子层由两层硫原子和一层钼原子组成，类似“三明治”结构，如图1（a）所示。MoS2主要存在3 种晶体结构：六方晶相（2H 型和3R 型）和四方晶相（1T 型），如图1（b）所示。此3 种结构中2H 型的MoS2 结构呈六角对称，表现出半导体性质；1T 型MoS2结构呈正方形对称，表现出金属特性；3R 型MoS2结构呈棱方对称。其中3R 和1T 型MoS2为亚稳态，2H 型MoS2在常温下比较稳定。热力学不稳定相1T 和3R 型MoS2会向2H 稳定相转变。

图 1  二硫化钼的三维结构（a）和3 种晶体结构（b）

二维层状二硫化钼由S–Mo–S原子共价键结合形成层状结构，层与层之间靠较弱的范德华力相连接，因而极易发生滑移，从而使MoS2有较低的摩擦系数，被广泛应用于固体润滑领域。黄钊炫等研究了MoS2和石墨对改善含油轴承的摩擦性能的影响，研究表明MoS2的润滑效果起到了显著的作用。郭青对常用二硫化钼干膜的组份及用途进行了归纳，如表1 所示。

结论及展望

二硫化钼具有优异性能，不仅只用于润滑行业，在新兴产业中也有广阔的应用前景，研究热点集中在MoS2的光电性能和催化降解性能，应用领域涉及电池行业、电化学行业及生物医疗行业。国内外对二硫化钼复合材料、纳米材料、二维材料的制备及应用都进行了大量的研究，尤其是用于生物医药行业的纳米MoS2复合材料，二维纳米MoS2颗粒与生物聚合物可以获得复杂的杀菌活性，适用于抗菌应用，在生物医学研究方面具有一定的潜力。二硫化钼在下游产业如电池行业、超级电容器、生物医疗领域的市场应用规模较大，有很好的发展前景。作为一类新型材料，MoS2应用广泛，但目前仍处于研究阶段，对MoS2及其复合材料的制备工艺还需进一步改进；如何实现从实验室研发到产业化生产，实现MoS2及其复合材料应用化的问题也亟待解决。