1317-33-5 / 二硫化鉬的性能與應(yīng)用

二硫化鉬（或moly）是由鉬和硫組成的無機化合物。其化學式為MoS?。該化合物被歸類為過渡金屬二硫化合物。它是一種銀黑色固體，以礦物輝鉬礦的形式存在，輝鉬礦是鉬的主要礦石。MoS?相對不活躍。它不受稀酸和氧的影響。在外觀和感覺上，二硫化鉬類似于石墨。因其低摩擦和穩(wěn)健性，它被廣泛用作干潤滑劑。大部分MoS?是一種類似于硅的抗磁性的間接帶隙半導體，帶隙為1.23 eV。

生產(chǎn)

二硫化鉬天然存在于輝鉬礦、結(jié)晶礦物或膠硫鉬礦中——一種稀有的低溫輝鉬礦。輝鉬礦通過浮選處理得到相對純凈的二硫化鉬。主要污染物是碳。MoS2也可通過用硫化氫或元素硫?qū)缀跛秀f化合物進行熱處理而產(chǎn)生，并可通過五氯化鉬的復分解反應(yīng)產(chǎn)生。

結(jié)構(gòu)和物理性能

晶相

所有形式的MoS2具有層狀結(jié)構(gòu)，其中鉬原子平面被硫離子平面夾在中間。這三層形成一個單層二硫化鉬。塊狀二硫化鉬由堆疊的單層組成，它們通過弱范德華相互作用連接在一起。

二硫化鉬結(jié)晶在自然界中以兩相形態(tài)存在，2H-MoS2和3R-MoS2其中“H”和“R”分別表示六方和菱形對稱。在這兩種結(jié)構(gòu)中，每個鉬原子都存在于三棱柱配位球的中心，并共價結(jié)合到六個硫化物離子上。每個硫原子具有金字塔形配位，并與三個鉬原子鍵合。2H相和3R相都是半導體。

第三種亞穩(wěn)態(tài)晶相，稱為1T-MoS2是通過嵌入堿金屬到2H-MoS2而發(fā)現(xiàn)的。該相具有四方對稱性，并且呈現(xiàn)金屬性。1T相可以通過摻雜電子給體如錸來穩(wěn)定，或者通過微波輻射轉(zhuǎn)換回2H相位。

同素異形體

眾所周知MoS2分子有納米管樣和布基球樣。

機械性能

二硫化鉬由于其層狀結(jié)構(gòu)和低摩擦系數(shù)，作為潤滑材料表現(xiàn)優(yōu)異。當剪切應(yīng)力施加到材料上時，層間滑動耗散能量。在不同的環(huán)境中已經(jīng)進行了大量的工作來表征二硫化鉬的摩擦系數(shù)和剪切強度。二硫化鉬的剪切強度隨著摩擦系數(shù)的增加而增加。這種特性被稱為超級潤滑性。在環(huán)境條件下，二硫化鉬的摩擦系數(shù)確定為0.150，相應(yīng)的估計剪切強度為56.0兆帕。直接測量剪切強度的方法表明，該值接近25.3兆帕。

通過用鉻來摻雜二硫化鉬可以增加二硫化鉬在潤滑應(yīng)用中的耐磨性。摻鉻二硫化鉬納米柱的微壓痕實驗發(fā)現(xiàn)，屈服強度從純二硫化鉬（鉻含量0%）的平均821兆帕增加至（鉻含量50%）的1017兆帕。屈服強度的增加伴隨著材料失效模式的改變。雖然純二硫化鉬納米柱通過塑性彎曲機制失效，但伴隨著材料中摻雜劑量增加，脆性斷裂模式變得明顯。

在二硫化鉬中，已經(jīng)仔細研究了廣泛使用的微機械剝離方法，了解從單層到多層薄片分層的機理。發(fā)現(xiàn)切割的確切機制是層依賴的。薄于5層的薄片經(jīng)歷均勻彎曲和波紋，而大約10層厚的薄片通過層間滑動分層。超過20層的薄片在微機械解理過程中表現(xiàn)出扭結(jié)機制。由于范德華鍵的性質(zhì)，這些薄片的分裂也被確定為可逆的。

化學反應(yīng)

二硫化鉬在空氣中是穩(wěn)定的，只能被侵蝕性試劑侵蝕。加熱時與氧氣發(fā)生反應(yīng)，形成三氧化鉬:

2 MoS2+ 7 O2→ 2 MoO3+ 4 SO2

氯氣在高溫下與二硫化鉬反應(yīng)，形成五氯化鉬:

2 MoS2+ 7 Cl2→ 2 MoCl5+ 2 S2Cl2

應(yīng)用

潤滑劑

由于硫化物原子片之間的弱范德華相互作用，MoS2具有低的摩擦系數(shù)。MoS2粒度在1-100µm范圍內(nèi)是一種常見的干潤滑劑。很少有替代品能在高達350℃時的氧化環(huán)境中提供高潤滑性和穩(wěn)定性。對二硫化鉬的滑動摩擦試驗使用圓盤測試儀上的引腳在低載荷(0.1-2N)下進行，摩擦系數(shù)小于0.1。

MoS2通常是需要低摩擦的共混物和復合物的組分。例如，它被添加到石墨中以改善粘附性。使用各種各樣的油和潤滑脂，因為即使在幾乎完全失油的情況下，它們?nèi)员３譂櫥?，因此在諸如飛機發(fā)動機的關(guān)鍵應(yīng)用中找到用途。添加到塑料中時，MoS2形成強度提高且摩擦減少的復合材料。聚合物填充有MoS2的應(yīng)用包括尼龍 ( 商品名尼龍)、特氟隆和維斯佩爾（Vespel）。用于高溫應(yīng)用的自潤滑復合涂層由二硫化鉬和氮化鈦組成，使用化學氣相沉積。

基于MoS2潤滑的應(yīng)用實例包括兩沖程引擎(如摩托車發(fā)動機)、自行車杯墊制動器、汽車 CV 和萬向節(jié)、滑雪蠟和子彈。

二硫化鉬防御

二硫化鉬在某些情況下用作添加劑潤滑脂和干膜潤滑劑以提高壓力和溫度公差，并在基底磨損或遷移后對預(yù)期的應(yīng)用點提供二次潤滑。用二硫化鉬潤滑脂強化的潤滑脂有許多好處：非常適合難以到達的區(qū)域、減少磨損和磨損、降低運營成本、持久耐用、操作員友好型、環(huán)保意識、適用接頭和活動部件、防銹、出色的表面滲透性。

催化作用

MoS2用作石化，例如加氫脫硫中脫硫的輔助催化劑。MoS2催化劑的有效性通過添加少量的鈷或者鎳得到增強。這些硫化物的緊密混合物是負載在氧化鋁上。這種催化劑是通過用下列物質(zhì)處理鉬酸鹽/鈷或鎳浸漬氧化鋁原位生成的H2S或者等效的試劑。催化作用不發(fā)生在微晶的規(guī)則片狀區(qū)域，而是發(fā)生在這些平面的邊緣。