一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，属于无机材料制备工艺技术领域。
【背景技术】
[0002]二硫化钼用于润滑油和润滑脂，是性能优异的减摩、抗磨和极压材料。二硫化钼固体润滑剂可以以一定的比例(如0.5%?85% )分散在润滑脂、润滑油、水和有机溶剂中，也可以单独使用，还可以与各种树脂调制成涂料用作各类金属、合金部件、陶瓷材料的表面处理剂。半个多世纪以来，二硫化钼已在轴承、齿轮等机械润滑、工业制造方面获得广泛应用。为解决能源利用率低的现状，基于二硫化钼优异的润滑性能，国内外科研人员一直在进行新型二硫化钼的合成及应用研究。具有少数原子层的二硫化钼近年来由于其在能源利用，如电化学产氢，光催化分解水，锂离子电池等领域受到了研究者的广泛关注。
[0003]生产具有少数原子层(1-5层)的超薄二硫化钼目前主要是剥离法和化学气相沉积法。其中剥离法主要分为机械剥离和化学剥离。这些方法成本较高，操作工序复杂，耗时长，能耗高，不易进行放大工业生产。今年来，一些研究机构尝试了利用湿化学方法去合成具有少数原子层的二硫化钼纳米晶(Chemistry of Materials，23卷，3879-3885页，2011年)。然而该方法需要温度极高，且合成的二硫化钼结晶较差，产量低，不利于推广使用。所以为了实现具有少数原子层的超薄二硫化钼在作为润滑油添加剂等领域的工业应用，研究一种工艺简便，产品质量稳定，耗时少，经济，易于批量生产的制备方法是化工科技领域面临的一项挑战。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶的合成方法，该方法采用廉价易得的原料，利用简单的途径，能够大量合成，以填补具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶简易制备方面的空白。由于该方法易于放大，调控方便，产品性能优异，可调控性强，将在润滑油添加剂等领域拥有广阔的市场前景。
[0005]本发明的技术方案如下:
[0006]—种合成少数原子层二硫化钼纳米晶的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行:
[0007]I)在长链胺溶剂中先加入长链脂肪酸添加剂，再加入含钼无机盐和含硫化合物，两种化合物的摩尔比为0.1?10:1，两种化合物的总质量浓度为0.01?2.0克/ml溶剂；
[0008]2)反应温度范围为160?300°C，反应时间范围为30?120分钟；
[0009]3)将所得产物用乙醇洗涤，分散于环己烷中保存，或者烘干后直接得到二硫化钼纳米晶粉末。
[0010]上述技术方案中，所述的长链胺溶剂优选采用油胺、十八胺、十六胺和十四胺中的一种或几种的混合溶剂。
[0011]上述技术方案中，所述的长链脂肪酸添加剂优选采用油酸或者油酸钠的一种或混合溶剂。
[0012]上述技术方案中，所述钼金属盐优选采用钼酸铵或钼酸钠；所述含硫化合物优选采用硫脲或硫粉单质。
[0013]本发明与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果:本发明采用无机盐为原料，及长链胺如油胺、十八胺、十六胺或十四胺为溶剂，采用简单的湿化学方法制备出了具有少数原子层的二硫化钼纳米晶。产品尺寸较小、分散性好、原子层数从I层到5层，且结晶良好。相较于其它制备少数原子层二硫化钼的方法，该方法最重要的优点就是成本低廉，可以放大进行工业生产，同时该方法原料价廉易得，工艺相当简单，生产易于放大，产品具有十分优秀的油溶性，而且制备得到的超薄二硫化钼纳米可以直接分散于润滑油基础油中，工艺十分简单。总之，本发明提供了一种合成合金具有少数原子层的二硫化钼纳米晶的简单易行的方法，非常适于工业化放大生产，具有极为广阔的应用前景。
【附图说明】
[0014]图1为系列具有少数原子层的二硫化钼纳米晶的粉末X射线衍射图。
[0015]图2为具有少数原子层的二硫化钼纳米晶的透射电子显微镜图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明
[0017]本发明提供的一种合成少数原子层二硫化钼纳米晶的方法，该方法按如下步骤进行:
[0018]I)在长链胺溶剂中先加入长链脂肪酸添加剂，再加入含钼无机盐和含硫化合物，两种化合物的摩尔比为0.1?10:1，两种化合物的总质量浓度一般为0.01?2.0克/ml溶剂；所述含硫化合物优选采用硫脲或硫粉单质；所述钼金属盐优选采用钼酸铵或钼酸钠；所述的长链胺溶剂优选采用油胺、十八胺、十六胺和十四胺中的一种或几种的混合溶剂；所述的长链脂肪酸添加剂优选采用油酸或者油酸钠的一种或混合溶剂；
[0019]2)反应温度范围为160?300°C，反应时间范围为30?120分钟；
[0020]3)将所得产物用乙醇洗涤，分散于环己烷中保存，或者烘干后直接得到二硫化钼纳米晶粉末。
[0021]实施例1
[0022]取1ml油胺和Iml油酸加热到160°C，向其中投入摩尔比为1:10、总质量为0.1g的钼酸铵和硫脲，反应30分钟，倾倒出油胺和油酸混合溶剂后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。其粉末X射线衍射谱图如附图1所示。其透射电镜照片如附图2所示，其中合成的1032大部分为1-5原子层的MoS 2纳米晶。
[0023]实施例2
[0024]取1ml油胺和Ig油酸钠加热到300°C，向其中投入摩尔比为1:5、总质量为20g的钼酸铵和硫脲，反应120分钟，倾倒出油胺后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。
[0025]实施例3
[0026]取1ml十八胺和5ml油酸加热到240°C，向其中投入摩尔比为5:2、总质量为5g的钼酸铵和硫脲，反应60分钟，倾倒出油胺和油酸混合溶剂后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。
[0027]实施例4
[0028]取1ml油胺和1ml油酸加热到250°C，向其中投入摩尔比为1: 2、总质量为2g的钼酸钠和硫脲，反应30分钟，倾倒出油胺和油酸混合溶剂后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。
[0029]实施例5
[0030]取1ml油胺和Iml油酸加热到250°C，向其中投入摩尔比为1: 2、总质量为0.5g的钼酸铵和硫脲，反应40分钟，倾倒出油胺和油酸混合溶剂后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。
[0031]实施例6
[0032]取1ml油胺和0.5g油酸钠加热到250°C，向其中投入摩尔比为1: 2、总质量为1g的钼酸铵和硫脲，反应30分钟，倾倒出油胺后用乙醇洗涤所得沉淀，40°C下干燥，可以得到具有少数原子层的超薄二硫化钼纳米晶。所得产品均用XRD和透射电子显微镜进行了表征。
【主权项】
1.一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，其特征在于该方法按如下步骤进行: 1)在长链胺溶剂中先加入长链胺溶剂脂肪酸添加剂，再加入钼金属盐和含硫化合物，反应温度范围为160?300°C，反应时间范围为30?120分钟；钼金属盐和含硫化合物的摩尔比为0.1?10:1，两者的总质量浓度为0.01?2.0克/ml ; 2)将所得产物用乙醇洗涤，分散于环己烷中保存，或者烘干后直接得到二硫化钼纳米晶粉末。2.按照权利要求1所述的一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，其特征在于:长链胺溶剂采用油胺、十八胺、十六胺和十四胺中的一种或几种的混合溶剂。3.按照权利要求1所述的一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，其特征在于:长链脂肪酸添加剂采用油酸或者油酸钠的一种或混合溶剂。4.按照权利要求1、2或3所述的一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，其特征在于:所述钼金属盐采用钼酸铵或钼酸钠；所述含硫化合物采用硫脲或硫粉单质。
【专利摘要】一种合成超薄二硫化钼纳米晶的方法，属于无机材料制备工艺技术领域。本发明以含钼无机盐和含硫化合物或硫粉为原料，在长链胺溶剂以及长链脂肪酸表面活性剂中，于160～300℃下反应30～120分钟，通过控制反应物摩尔比、反应物浓度及反应温度和反应时间等实验参数，形成结晶良好，具有少数原子层(1-5层)的二硫化钼纳米晶，该纳米晶可以很好的分散于非极性溶剂中以及基础油中，形成稳定的润滑油。该方法原料价廉易得，反应耗时少，产量大，仪器设备简单，操作简便，工艺重复性好，产品质量稳定，操作安全可靠，适于工业放大生产。
【IPC分类】B82Y30/00, C01G39/06, B82Y40/00
【公开号】CN105060347
【申请号】CN201510427922
【发明人】李亚栋, 刘向文, 王定胜
【申请人】清华大学
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月20日