[科普中国]-二硫化钼

基本信息

管制信息：本品不受管制

中文名称：二硫化钼

英文别名：Molybdenum(IV)sulfide，Molybdenumdisulfide，Molybdicsulfide

CAS号：1317-33-5

EINECS号：215-263-9

化学式：MoS2

相对分子质量：160.07

性状：铅灰色有光泽粉末，人工合成的呈黑色。450℃开始升华。溶于王水和热浓硫酸，不溶于水和稀酸。相对密度(d1515)5.06。有刺激性。

储存：密封保存。

用途：制造钼化合物。润滑添加剂。氢化反应和异构化反应催化剂。

理化性质辉钼矿的主要成分。黑色固体粉末，有金属光泽。化学式MoS2，熔点1185℃，密度4.80g/cm3（14℃），莫氏硬度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被氧化，温度升高，氧化反应加快。二硫化钼不溶于水、稀酸和浓硫酸，一般不溶于其他酸、碱、有机溶剂中，但溶于王水和煮沸的浓硫酸。400 ℃发生缓慢氧化，生成三氧化钼：

2MoS2+ 7 O2→ 2 MoO3 + 4 SO2 可以用钛铁试剂来检验生成的三氧化钼。首先将产物用氢氧化钠或氢氧化钾溶液处理（原理是将三氧化钼转化为钼酸盐），然后滴加钛铁试剂溶液，会和生成的钼酸钠或钼酸钾反应，产生金黄色溶液。这种方法很灵敏，微量的钼酸盐都能被检测出来。而如果没有三氧化钼生成，溶液就不会产生金黄色，因为二硫化钼不和氢氧化钠或氢氧化钾溶液反应。

二硫化钼加热可以和氯气反应，生成五氯化钼：
2 MoS2+ 7 Cl2→ 2 MoCl5+ 2 S2Cl2

二硫化钼和烷基锂在控制下反应，形成嵌入化合物（夹层化合物）LixMoS2。如果和丁基锂反应，那么产物为LiMoS2。

二硫化钼具有高含量活性硫，容易对铜造成腐蚀，在很多关于润滑剂添加剂方面的书籍、论文中都有论述。另外，有铜及其合金制造的部位需要润滑时，并非不可以选用含二硫化钼润滑产品，而是还需要添加防铜腐蚀剂。

制备原理辉钼精矿用盐酸和氢氟酸在直接蒸汽加热下，反复搅拌处理，用热水洗涤、离心、干燥、粉碎，可制得。钼酸铵溶液中通入硫化氢气体，生成硫代钼酸铵。加盐酸转变为三硫化钼沉淀，后离心、洗涤、干燥、粉碎。最后加热至950 °C脱硫可制得。

用途二硫化钼是重要的固体润滑剂，特别适用于高温高压下。它还有抗磁性，可用作线性光电导体和显示P型或N型导电性能的半导体，具有整流和换能的作用。二硫化钼还可用作复杂烃类脱氢的催化剂。

它也被誉为“高级固体润滑油王”。二硫化钼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。本品色黑稍带银灰色，有金属光泽，触之有滑腻感，不溶于水。产品具有分散性好，不粘结的优点，可添加在各种油脂里，形成绝不粘结的胶体状态，能增加油脂的润滑性和极压性。也适用于高温、高压、高转速高负荷的机械工作状态，延长设备寿命。

二硫化钼用于摩擦材料主要功能是低温时减摩，高温时增摩，烧失量小，在摩擦材料中易挥发。

减摩：由超音速气流粉碎加工而成的二硫化钼粒度达到325-2500目，微颗粒硬度1-1.5，摩擦系数0.05-0.1，所以它用于摩擦材料中可起到减摩作用；

增摩：二硫化钼不导电，存在二硫化钼、三硫化钼和三氧化钼的共聚物。当摩擦材料因摩擦而温度急剧升高时， 共聚物中的三氧化钼颗粒随着升温而膨胀，起到了增摩作用；

防氧化：二硫化钼是经过化学提纯综合反应而得，其PH值为7-8，略显碱性。它覆盖在摩擦材料的表面，能保护其它材料，防止它们被氧化，尤其是使其他材料不易脱落，贴附力增强；

细度：325目-2500目;

PH值：7-8;

密度：4.8-5.0g/cm3;

硬度：1-1.5;

烧失量：18-22%;

摩擦系数：0.05-0.09。

此外，二硫化钼还可成为制作晶体管的新型材料。相较于同属二维材料的石墨烯，二硫化钼拥有1.8eV的能带隙,而石墨烯则不存在能带隙，因此，二硫化钼可能在纳米晶体管领域拥有很广阔的应用空间。 而且单层二硫化钼晶体管的电子迁移率最高可达约500 cm^2/(V·s), 电流开关率达到1×10^8.

日常防护防护措施工程控制：密闭操作，局部排风。

呼吸系统防护：空气中粉尘浓度超标时，建议佩戴自吸过滤式防尘口罩。紧急事态抢救或撤离时，应该佩戴空气呼吸器。

眼睛防护： 戴化学安全防护眼镜。

身体防护：穿防毒物渗透工作服。

手防护：戴乳胶手套。

其它：注意个人清洁卫生。

急救措施吸入：脱离现场至空气新鲜处。就医。

眼接触：提起眼睑，用流动清水或生理盐水冲洗。就医。

皮肤接触：脱去污染的衣着，用流动清水冲洗。

食入：饮足量温水，催吐。就医。

应急处理隔离泄漏污染区，限制出入。切断火源。建议应急处理人员戴防尘面具（全面罩），穿防毒服。避免扬尘，小心扫起，置于袋中转移至安全场所。若大量泄漏，用塑料布、帆布覆盖。收集回收或运至废物处理场所处置。

储运事项储存于阴凉、通风的库房。远离火种、热源。应与氧化剂等分开存放，切忌混储。配备相应品种和数量的消防器材。储区应备有合适的材料收容泄漏物。

起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与氧化剂等混装混运。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。

废弃处理处置前应参阅国家和地方有关法规。用安全掩埋法处置。

二硫化钼的优缺点

1、彻底地消灭了漏油，干净利索，大大的促进了文明生产。

2、能节省大量的润滑油脂。

3、改善运行技术状况，延长检修周期，减轻了维修工人的劳动强度，节约劳动力。

4、由于二硫化钼的摩擦系数低，摩擦设备间产生的摩擦阻力小，可以节约电力消耗，根据兄弟单位的测定可节约电力为12%

5、能减小机械磨损，延长摩擦设备的使用寿命，减少设备零件的损耗，提高设备的出勤率。

6、应用二硫化钼润滑，可以解决技术关键，提高工作效率和工作精度。

7、二硫化钼具有填平补齐的作用，可以恢复某些零件的几何尺寸，延长使用寿命。

8、二硫化钼具有防潮、防水、防碱，防酸等特性。

9、应用二硫化钼的塑料或粉末来冶炼的成型零件，可以节约大量的有色金属。

10、某些设备采用二硫化钼润滑后，可以取消复杂的供油系统，大大简化了设备结构，相对提高了现在有效面积的利用率，同时，也将引起设备设计上的重大改革。

11、二硫化钼也有他的缺点，如导热性差、摩擦系数还不足够低、渗透能力不不强（于稀油相比）等，这些缺点正是进一步扩大使用范围的主要障碍，对比有关工业发达国家十分重视对固体润滑剂的研究，也曾专门召开过国际性的润滑会议，以交流有关情报、探讨新工艺技术，美国、日本和西欧一些工业发达国家近年来大都建立了摩擦，磨损、润滑中心。摩擦磨损润滑学已单独地成一门新兴的学科，在国外许多大学里开设了摩擦磨损润滑学的课程，而固体润滑剂也是讲授和研究的课题之一，我国亦有专门机构从事研究。固体润滑存在的缺点是前进中的问题，这些问题对于我们勤劳、勇敢、智慧的中国人民来说，都是可以通过反复实践不断改进创造一一克服的，并能有所前进，有所发明，现代科学技术发展非常迅速，想必更完善的固体润滑材料即将出现。以实现所有设备的终身润滑。

综合以上所述，二硫化钼固体润滑基的确是一种符合“多、快、好、省”的新型润滑材料，应该大力推广应用。

制备方法天然法

二硫化钼具有优异的性能和广阔的应用前景，所以国内外对纳米MoS2制备及应用都进行了大量的研究。

MoS2可以由天然法，即辉钼精矿提纯法制备，该法是将高品质的钼精矿经过一定的物理和化学作用，除去辉钼精矿中的酸不溶物、SiO2、Fe、Cu、Ca、Pb 等杂质，再进一步细化，获得纳米 MoS2。美国 Climax 钼公司就是采用了这种方法生产MoS2。这种方法制成的纳米MoS2，能够保持天然的 MoS2晶形，润滑性能较好，适合制成润滑剂。但是，采用天然法生产的纳米MoS2纯度不高，提纯技术还有待于进一步改进。当温度低于 400 ℃时，在普通大气下工作时建议用成本较低的MoS2，在 1300 ℃以下都有润滑能力，建议用成本较低的MoS2。

化学合成法

合成法可生产纯度高、杂质少、粒度细的硫化物，而且能制备出符合不同功能需求的硫化物，因此用合成法生产纳米硫化物一直倍受关注。目前纳米MoS2的制备方法有很多，如四硫代钼酸铵热分解法、硫化氢或硫蒸汽还原法、高能球磨法、碳纳米管空间限制法、水热合成法、高能物理手段和化学法结合等等。总体而言，制备方法有两种，可以直接将钨源或钼源与硫源反应得到纳米MoS2，或者先将钨源或钼源与硫源反应，得到前躯体，再将前躯体通过适当的方法分解或还原成MoS2。

发展尽管石墨烯有着许多令人眼花缭乱的优点，但它也有缺点，尤其是不能充当半导体——这是微电子的基石。现在，化学家和材料学家正在努力越过石墨烯，寻找其他的材料。他们正在合成其他两种兼具柔韧性和透明度，而且拥有石墨烯无法企及的电子特性的二维片状材料，二氧化钼就是其中一种。

二硫化钼于2008年合成，是叫作过渡金属二硫化物材料（TMDs）大家族的成员之一。这个显得有点“花哨”的名字代表了它们的结构：一个过渡金属原子（即钼原子）和一对包括硫元素、硒元素在内的来自元素周期表第16列的原子（该元素家族以氧族元素著称）。

让电子制造者惊喜的是，所有TMDs均是半导体。它们和石墨烯的薄度近乎相同（在二硫化钼中，两层硫原子把一层钼原子像“三明治”那样夹在中间），但是它们却有其他优点。就二硫化钼而言，优点之一是电子在平面薄片中的运行速度，即电子迁移率。二硫化钼的电子迁移速率大约是100cm2/vs（即每平方厘米每伏秒通过100个电子），这远低于晶体硅的电子迁移速率1400 cm2/vs ，但是比非晶硅和其他超薄半导体的迁移速度更好，科学家正在研究这些材料，使其用于未来电子产品，如柔性显示屏和其他可以灵活伸展的电子产品。

研究表明，二硫化钼还极易制作，即便是制作大片的二维材料。这让工程师能以非常快的速度检测它们在电子产品中的性能。例如，2011年，由瑞士联邦理工学院的Andras Kis带领的研究团队在《自然—纳米技术》发表文章称，他们用仅有0.65纳米厚的二硫化钼单层薄片制作出首批晶体管。结果证明，那些产品以及随后的产品比技术更先进的以硅为基础的同类产品具有其他独特属性。

除此之外，二硫化钼还有其他令人向往的特性，即直接带隙，这一特性使该材料把电子转变成光子，反之亦然。这个特性也让二硫化钼成为光学设备中采用的优质候选对象，这些设备诸如光发射器、激光、光电探测器，甚至还包括太阳能电池。一些科学家表示，这种材料还具备储量丰富、价格低廉、无毒性等特点，因此Yi-Hsien Lee认为：“它的前途一片光明。”

然而，Tomanek则认为，二硫化钼的电子迁移速率仍然不够高，很难在拥挤的电子市场中具有竞争优势。其原因是这种材料的结构特征，电子在其内部移动时，碰到较大的金属原子后会在其结构内发生弹离，从而降低迁移速度。

但也有科学家表示，这种“绊脚石”将是短暂性的。研究人员正在试图绕过这些障碍——通过变得略厚一些的多层二硫化钼薄片，从而给压缩电子提供选择路径使其绕过路障1。