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：

钼源为MoO3，硫源为S单质时硫化的反应机理为：

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