MoS2的性能、制备及应用

MoS2纳米材料的性质研究、应用及制备•MoS2的结构及理化性能•MoS2的应用•MoS2纳米材料的制备MoS2的理化性能•分子式MoS2，分子量为160.07，•为蓝灰色至黑色固体粉末；有金属光泽，触之有滑腻感。•熔点1185℃•密度4.80g/cm3(14℃)•莫式硬度1.0~1.5•1370℃开始分解，1600℃分解为金属钼和硫•315℃在空气中加热时开始氧化，温度升高，氧化反应加快。•MoS2不溶于水，只溶于王水与煮沸的浓硫酸。MoS2外观及性质：MoS2的结构•MoS2是一个典型的层状化合物，每个单元是S-Mo-S的”三明治“结构，层内以共价键紧密结合在一起，层间是以微弱的范德华力结合在一起。其中Mo和S以共价键结合为三方柱面体结构。•MoS2属于六方晶系，是具有抗磁性的半导体化合物。（1）扶椅型结构。（2）Z字型结构这些结构的性质受到应力的影响会表现出一些磁学，电学，光学性质。X（zigzag)Y(armchair)MoS2的纳米材料有两种边缘结构•对酸的抗腐蚀性很强，除硝酸及王水外对一般酸均不起作用；•对碱性水溶液要在pH值大于10时才缓慢氧化；•对各种强氧化剂不稳定，能氧化成钼酸；•对油、醇、脂的化学安定性很高。MoS2化学稳定性：MoS2附着性能由于硫原子与金属有强的结合力，故MoS2与金属表面产生了较强的吸附力，极薄的MoS2就能起很好的润滑作用，实践也证明了MoS2的确具有较强的吸附性能。MoS2具有低的摩擦系数，一般为0.03-0.15，比石墨的摩擦系数还小，在良好的条件下，摩擦系数可达到0.017。MoS2的摩擦系数•二硫化钼在常态下为不良导体和非磁性材料。MoS2导电磁性：•二硫化钼具有抗辐射作用，不全因射线的辐射而破坏正常润滑。MoS2抗辐射性能：MoS2的应用•MoS2可以被合成多种形式的无机结构如：纳米粒子，单壁纳米管和多壁纳米管•MoS2形成的富勒烯纳米粒子和纳米管因独特的微观结构，决定了其有许多新奇的性能。•1.柔性器件像石墨烯一样单层MoS2可以做柔性器件。例如柔性液晶面板。•2.优异的摩擦性能IF-MoS2（IF表示含无机类富勒烯）可以在高真空下继续保持其优异的摩擦性质。主要应用于不易维护的设备，如：空间飞行器，卫星及军事领域。•3.润滑性由于MoS2和金属之间的附着力很强，可以进一步通过纳米颗粒的剥片，单分子纳米层被转移到金属表面上，缓和摩擦和磨损。4.防腐MoS2不溶于水，只溶于王水和煮沸的的浓硫酸，因此镀上一层辉钼的不锈钢能很好的防腐。•5.场效应晶体管单层MoS2的电子迁移率在室温下可以达到200Vm/s，有一个很高的开关比：1×108。体积比Si小，使得获得同样效果的电子运动时，MoS2可以比Si更轻薄。在稳定状态下耗能比传统Si晶体管小十万倍。由于MoS2有一个直接带隙（带隙是指导带的最低点和价带的最高点的能量之差。带隙越大，电子由价带被激发到导带越难，本征载流子浓度就越低，电导率也就越低），不像石墨烯没有直接的带隙。所以MoS2是下一代场效应晶体管的热门候选者。•6.做太阳能电池，锂电池等的电极材料。•7.催化剂MoS2可以做给原油脱硫的工业催化剂，光催化剂等，还可预防硫中毒。•8.储氢媒介水分子可以在单层MoS2空位处分解成O与2H原子，这些原子束缚在悬空键上，在1H-MoS2的表面释放出氢气。9.发光二级管10.吸附剂IF-MoS2比表面积较大，吸附能力很强，可以吸附一些有毒气体，芳香剂等。11.制备二硫化钼层间化合物由于MoS2是层间化合物而且其层间是微弱的范德华力，很容易插入有机基团或其他化合物可形成二维纳米复合物。这些复合物可以表现出许多奇特的性质。MoS2纳米材料的制备1.高温硫化法：①高温硫化法主要是指在高温条件下对钼单质或钼的氧化物进行硫化来制备纳米MoS2的方法，硫源包括单质硫和硫化氢气体．其中，对钼的氧化物进行硫化是最常见的，其主要反应机理如式(1)、(2):MoO3+2H2S+H2=MoS2+3H2O(1)MoO3+3H2S=MoS2+3H2O+1/8S8(2)②在足够高的温度条件下，单质硫蒸气也可将钼的氧化物还原硫化为MoS2:2MoO3+7/8S8=2MoS2+3SO2（3）高温硫化法的研究相对成熟，其优点在于能制备出结晶状态好，晶格畸变小，并且可以在不同的工艺参数条件下制得不同形貌和结构的纳米MoS2材料。高温硫化法还适合于制备各种不同种类的载体催化剂，但是由于此方法属于气固反应，MoO3很难进行有效的分散，因此不适合制备对分散性要求较高的MoS2催化剂。另外，高温硫化法对设备、环境和制备条件要求较高．2.水热法（1）用摩尔比是1:3的钼酸钠（Na2MoO4·2H2O）和硫代乙酰胺（CH3CSNH2）作原料再添加适当的催化剂。CH3CSNH2+2H2O→H2S+CH3COOH+NH34Na2MoO4+9H2S→4MoS2+Na2SO4+6NaOH+6H2O（2）用NaS2和MoO3作原料在聚四氟乙烯做衬里的高压釜中反应。（3）将钼酸铵(NH4)6Mo7O24·4H2O,硫脲(CS(NH2)2)别名硫代尿素,草酸(H2C2O4·2H2O）混合反应，其中Mo/S/H2C2O4的摩尔比为1:2:1.水热法制备纳米MoS2，方法简单易于实现，但是此方法制备的产物在较低温度下多为无定型状态并且团聚严重，要经过高温退火来提高结晶度。3.溶液法溶液法是指在常压开放环境条件下，加热温度不超过100℃，通过化学反应直接或间接制备出MoS2的制备法。溶液法可以直接制备出MoS2沉淀，也可以先制备出MoS3中间相，再加热分解或加氢还原，从而得到最终产物MoS2。溶液法利用化学反应即可直接制备MoS2，不需高温高压，制备成本也相对较低，与其他方法相比有很强的优势，在规模生产方面有很强的发展潜力。但是此方法制备的MoS2往往都是无定型态，团聚严重，结晶度差，对其进行处理后又会影响到原来的结构和形貌。4.机械球磨法用MoO3与硫在球磨机中球磨，得到的混合物在管式炉中烧结就可制得MoS2的纳米材料。制备所得产物仍保持着MoS2的天然晶格，方法简单，但是需要高纯MoS2为原料，且设备昂贵、能耗成本较高。5.CVD法：即化学气相沉积，是反应物质在气态条件下发生化学反应，生成固态物质沉积在加热的固态基体表面，进而制得固体材料的工艺技术。6.还原沉淀法：7.激光蚀刻法8.紫外线，X射线光刻法