硫化钼/炭复合物的合成及其润滑性能的研究*

李江涛，贾 园，沈 萌，庄 智，朱 刚，宋立美

（陕西省表面工程与再制造重点实验室，西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065）

科研与开发

硫化钼/炭复合物的合成及其润滑性能的研究*

李江涛*，贾 园，沈 萌，庄 智，朱 刚，宋立美

（陕西省表面工程与再制造重点实验室，西安文理学院 化学工程学院，陕西 西安 710065）

本文以钼酸铵与硫代乙酰胺分别为钼源和硫源，活性炭为碳源，采用溶剂热法制成二硫化钼/碳的复合物。采用粉末衍射、红外、扫描电镜、物理吸附等方法对不同条件下制备的产物进行组成和结构表征，检测产物的摩擦学性能，研究加热时间不同对产物的结构、成分和摩擦性能进行研究。

硫化钼；溶剂热反应；润滑性能

MoS2作为一种过渡金属硫化物，在固体润滑领域有很大优势，近年来成为研究热点之一[1]。单层二硫化钼层之间有低剪切力的滑动面，这些低剪切力的滑动面附在金属表面，使原来两个相互运动的面与面间的摩擦转化为MoS2层状结构间的滑动，从而减少了磨损，达到了润滑的目的[2-10]。

研究发现，纳米MoS2无论在反应活、吸附能力和物理摩擦学方面都表现出比普通MoS2更为优越的性能。在与之不发生反应的气体氛围中，MoS2是较为令人满意的润滑剂（65℃以下）。严格来说，MoS2的外层面在85℃时便可以发生氧化,但外表面的微氧化可防止内部的进一步氧化，氧化程度不仅取决于温度，还取决于MoS2的颗粒大小和粉碎情况。本文以钼酸铵和硫代乙酰胺分别作为钼源和硫源，二甲基甲酰胺和蒸馏水作为溶剂，水合肼作为还原剂，活性炭为外加碳源，用水/溶剂热法制备纳米MoS2/碳复合材料时，探究水热时间对产品结果的影响，分别水热1、3、6 h对3组产品进行表征分析，对比合成的3组纳米MoS2/C之间的结构和成分以及结晶度的不同。初步探讨了复合物的摩擦性能。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

钼酸铵（上海化学厂）；二甲基甲酰胺，硫代乙酰胺（北京化工厂），水合肼，碳纳米管（国药集团化学试剂有限公司）。

DF-101S型集热式恒温加热磁力搅拌器（邦西仪器科技（上海）有限公司）；D2 Phaser型X-射线衍射仪（德国布鲁克AXS公司）；ULTIMA2的场发射扫描电子显微镜（法国HORIBA Jobin Yvon）；Nicolet iS50傅里叶红外变换光谱仪（美国尼高力公司）。

1.2 MoS2/活性炭复合物的制备

图1 实验过程示意图Fig.1 Schematic diagram of experiment process

称取二钼酸铵2g，纳米碳1g，硫代乙酰胺加1.8g到100mL二甲基甲酰胺中，搅拌12h。加入10mL水合肼，磁力搅拌30min。在200℃下分别加热反应1，3，6h， 分 别 命 名 为（MoS2/C-1h,MoS2/C-3h,MoS2/C-6h）。冷却后离心，无水乙醇洗涤4次保证纯度，在70℃烘箱中干燥12h得到产物，装入样品管贴标签备用。实验离子方程式：

1.3 硫化钼/活性炭复合物润滑测试

将硫化钼/活性炭复合物作为添加剂加入基础油中时,在运行过程中,复合物被研磨,形成复合润滑膜,减小摩擦磨损。

2 结果与讨论

2.1 产品的XRD分析

图2 水热MoS2/C复合物的XRD图谱Fig.2 XRD molybdenum disulfide/carbon sample

由图2a可知,10°、20°左右的衍射峰对应的是C的 （100）（110） 峰，35°、60°左右的有 MoS2（100）（110）特征峰，但图2a水热时间短[11]，杂质基团多，晶体形态无定型，图2b中也有10°，20°左右对应的是 C 的（100）（110）衍射峰，35°、45°左右的有 MoS2（100）（110）特征峰，水热时间为3h的时候，杂质基团依然多，晶体无定型状态严重。图3c中10°、20°左右的衍射峰对应的是 C 的（100）（110）峰，45°左右的有MoS2（100）（110）特征峰，并且水热时间增加到6h，结晶状态良好。

2.2 扫描电镜（SEM）

图3 不同MoS2/C产物的SEM图片Fig.3 SEM images of the product obtained with different samples

由图3可知，纳米碳复合到MoS2上，形成的复合粒子孔隙变小，由图3c可知，水热6h的纳米粒子更加蓬松，粒子更细。

2.3 红外光谱（FT-IR）

图4 MoS2/C复合物的FT-IRFig.4 FT-IR of MoS2/C compounds

由图4a可以看出，峰在1450cm-1左右归因于有MoS2的存在，峰在3202cm-1处证明有O-H和N-H拉伸，C-N拉伸形成的峰显示在1237cm-1处，3500cm-1左右的峰是由表面水分引起的。由图4b可以看出，3500cm-1左右的峰由表面水分引起，1450cm-1左右的峰归因于有MoS2的存在，1237cm-1处的峰归因于C-N拉伸。由图4c可以看出，1450cm-1左右的峰归因于有MoS2的存在,3500cm-1左右的峰归因于表面水分的作用。水热时间长，生成的MoS2产物上的杂质越少，并且产物更细。

2.4 N2物理吸附

图5 MoS2/C N2吸附-脱附曲线Fig.5 Nitrogen adsorption isotherms of MoS2/C

为了进一步了解不同水热时间制得的纳米材料的比表面积，采用N2物理吸附分析。由图5可知，3个样品的比表面积都在500m2·g-1，远小于活性炭的比表面积2800m2·g-1，充分说明在活性碳材料的孔道中和表面都键合上了MoS2，使其比表面积减小。从3组样品的N2吸附脱附曲线可以判断并不是微孔或者介孔材料，没有出现多孔材料的特征吸附曲线，能够说明该材料的致密性良好，致密性使材料具有很好的抗压性能，这使得材料在摩擦磨损方面有很好的抗压性。

2.5 MoS2的润滑性测试

将MoS2作为添加剂加入基础油中时,在运行过程中,MoS2被研磨,形成复合润滑膜,减小摩擦磨损[12]。因此,MoS2作为基础油添加剂之后,能使基础油的摩擦系数有显著降低。

图6 MoS2/C复合材料的润滑性Fig.6 Lubrication of different MoS2/C composites

由图6可知，水热法制备的MoS2/C复合材料的润滑性能有所提高，c曲线水热6h的MoS2碳复合材料的润滑性能最好。

3 结论

MoS2碳复合材料制备中最优水热时间是6h，这个反应时间生成的MoS2/C-6h复合材料掺入的杂质更容易被无水乙醇洗涤掉，产物更纯，结晶状态好，粒子更细。等质量等温度下润滑性大小检测为：MoS2-1h＜MoS2/C-3h＜MoS2/C-6h，可知,活性碳材料加入MoS2润滑性能有了显著提高。

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［2］ 卫军.富勒烯纳米二硫化钼的制备［J］.中国钼业，2016,40（2）:1-2.

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［12］ 盛备备.水热制备纳米MoS2及其光催化性能研究［D］.南京航空航天大学，2015.

Synthesis and iubricant properties of molybdenum sulfide/carbon composites*

LI Jiang-tao,JIA Yuan,SHEN Meng,ZHUANG Zhi,ZHU Gang,SONG Li-mei
（The Key Laboratory for Surface Engineering and Remanufacturing in Shaanxi Province,School of Chemical Engineering,Xi'an University,Xi'an 710065,China）

MoS2/C composite were synthesized by solvothermal method using ammonium molybdate and thioacetamide as molybdenum source and sulphur source.The composition and structure of products were characterized by XRD,FT-IR,SEM,and the influence of the synthesis conditions on products were investigated.The synthesis conditions（such as material structure,reaction time） have significant effect on the morphology and friction properties.

molybdenum sulfide;solvothermal reaction;friction properties

TB332

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20170901

2017-05-31

国家自然基金（No.21541009）；西安市科技计划项目（No.CX 1531WL13）

李江涛（1974-），男，博士，教授，主要从事介孔材料及天然产物有效成分研究。