1317-33-5 / 二硫化鉬的用途及制法

背景及概述^[1]

二硫化鉬是輝鉬礦的主要成分。二硫化鉬是一種有金屬光澤的灰黑色粉末。天然品偏鉛灰色，而人工合成者偏黑色。不溶于有機溶劑、水和稀酸，可與熱硫酸、熱硝酸和王水反應。與石墨相似，為六方晶系的片狀結晶疊合在一起，摩擦因數小，容易沿水平方向滑動，而分層，因此，可用作固體潤滑劑。對放射線也較穩定。

用途^[2]

二硫化鉬用作固體潤滑劑；可以制成五種不同的型式，其一是二硫化鉬粉劑，純度在95%以上，粒徑0.4～10μm。其二為膏狀，將二硫化鉬細粉與礦物油或合成油制成50%的膏，涂布于需潤滑之處，或嵌壓入需潤滑的轉動軸承中。其三為油狀，將二硫化鉬充分分散在礦物油或合成油中，制成分散均勻的油，其中含二硫化鉬約10%，二硫化鉬的粒徑應在0.4μm或以下。其四為潤滑脂型，脂中含二硫化鉬約3%～5%，二硫化鉬的平均粒徑為3～7μm。其五為干性涂膜潤滑劑，將二硫化鉬加入涂料中，制成具有潤滑功能的“功能性涂料”，將該涂料涂覆在需要潤滑之處。除用作潤滑劑之外，還用作半導體原料.鉬衍生物原料。

制法^[2]

MoS2的制備方法根據前驅體的不同可以分為天然法和人工合成法。天然法制備MoS2是采用浮選法、浸出劑、烘干提純和機械研磨等方法獲得納米級MoS2。此方法雖然可以大批量制備MoS2，但需要大量天然精礦，生產成本高，制約著MoS2的應用前景，所以研究人員力求研究出簡單、低廉、產率高的制備方法。目前MoS2的制備方法層出不窮，大致可分為化學合成法和物理合成法。化學合成法可以更好地控制納米材料的結構、形貌、表面性能等，主要包括氣相法、液相法與固相法等，其中氣相法主要有化學氣相沉積法、高溫硫化法等；液相法則包括水熱法、溶劑法、模板法、溶膠–凝膠等。常見的物理合成方法則有物理氣相沉積法、機械研磨法、剝離法等。下面將對常見的制備方法進行簡單的介紹。

1)化學氣相沉積法：化學氣相沉積法，即固態硫源和鉬源在高溫情況下升華為氣態的過程，通過改變保護氣體的比例來控制納米MoS2的結構。利用低壓化學氣相沉積法(LPCVD)在商購Au箔片上成功制備了單層MoS2，通過改變生長溫度或者襯底位置使三角型單層MoS2薄片尺寸由納米級(200nm)變為微米級。通過化學氣相沉積法在SiO2襯底上大面積生長MoS2原子層，成功獲得了厚度為1~5nm的MoS2原子層。

2）高溫硫化法：高溫硫化法，即在高溫環境、還原性氣體保護下，將鉬源(MoO3、MoCl3等)中的六價鉬還原到四價鉬，然后在硫源(H2S、氣態S單質)的硫化作用下，制得納米MoS2。鉬源為MoO3，硫源為H2S時硫化的反應機理為：

鉬源為MoO3，硫源為S單質時硫化的反應機理為：

在還原性氣體(Ar氣)的保護下，將鉬源在550℃反應20min，然后在硫源中220℃硫化成垂直排列層狀MoS2薄膜，長度約10nm。將鉬源(MoO3)在空氣環境下加熱至750℃并保持8h后，自然冷卻至室溫形成白色或黃色纖維狀樣品，在單質硫的硫化作用下(350~1100℃，4~10h)制得六角形MoS2微米片，其中850K硫化8h制備的樣品生長較為勻稱。

3）剝離法剝離法：制備的納米MoS2結晶度好，質量高，無雜質，且操作簡單，適用于制備單個器件，但也存在一些不足，如難以重復、不能批量生產等。將反應物置于惰性氣體(Ar氣)環境下反應2d，得到剝離插層物LixMoS2，然后將樣品清洗至中性成功制得了層狀MoS2，300℃退火后剝離材料由亞金屬相轉變為半導體的相。通過電化學剝離法成功制備了大面積的MoS2納米片，MoS2與Pt線間為直流偏壓。采用機械剝離法成功制備了單層MoS2，厚度約為0.8nm。通過液相剝離法成功制備了MoS2量子點點綴的層狀納米結構MoS2，MoS2量子點尺寸約為2nm，MoS2片橫向尺寸約為1μm。

主要參考資料

[1] 實用精細化工辭典

[2] 納米結構二硫化鉬的制備及其應用