一种二硫化钼基杂化材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料领域，具体是一种二硫化钼基杂化材料及其制备方法和应用。

背景技术：

二硫化钼（mos2）作为一种新型的二维材料，已经在各个领域中得到广泛的应用。比如，二硫化钼应用于润滑材料领域来制备各种类型的润滑脂；二硫化钼也可以直接作为固体润滑剂，特别适用于高温高压下，具有抗磁性；二硫化钼还可以用于制造钼化合物，也可以作为润滑添加剂，以及氢化反应和异构化反应催化剂。

其中，在将二硫化钼作为润滑油的添加剂进行引入的应用中，在实际操作时存在以下不足：现有的二硫化钼材料与润滑油的基础油相容性较差，往往容易发生沉积，在润滑油中无法实现良好的分散性。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种二硫化钼基杂化材料，以解决上述背景技术中提出的现有的二硫化钼材料存在润滑油的基础油相容性较差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种二硫化钼基杂化材料，包括以下的原料：四硫代钼酸铵（(nh4)2mos4）、添加剂以及适量的水；其中，所述添加剂选自十六烷基溴化铵（ctab）或硝酸钴（co(no3)2）中的任意一种。

本发明实施例的另一目的在于提供一种二硫化钼基杂化材料的制备方法，所述的二硫化钼基杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按比例称取四硫代钼酸铵加入至水中并使其完全溶解，得到第一溶液；

2）按比例称取添加剂加入至水中并使其完全溶解，得到第二溶液；

3）将所述第一溶液与所述第二溶液进行混合均匀（为了确保制备的二硫化钼基杂化材料均一，可以进行快速搅拌2-20分钟），然后静置，再进行离心分离，取固体组分，得到所述二硫化钼基杂化材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种采用上述的二硫化钼基杂化材料的制备方法制备得到的二硫化钼基杂化材料。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的二硫化钼基杂化材料在制备二硫化钼基润滑油添加剂中的应用。

本发明实施例的另一目的在于提供一种上述的二硫化钼基杂化材料的制备方法在二维材料掺杂改性中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的二硫化钼基杂化材料通过以四硫代钼酸铵、添加剂以及水为原料，由于四硫代钼酸铵溶解在水中后发生电离，形成四硫代钼酸负离子，通过利用形成的四硫代钼酸负离子的电负性，与带有正负电荷的离子或物质在溶液中重新结合得到所述二硫化钼基杂化材料，在润滑油中可实现良好的分散性，解决了现有的二硫化钼材料存在润滑油的基础油相容性较差的问题；而提供的制备方法简单，可以快速高效地制备二硫化钼基杂化材料，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明一实施例制备的二硫化钼基杂化材料的扫描电镜图片。

图2为本发明一实施例提供的二硫化钼基杂化材料的热重分析结果图。

图3为本发明一实施例提供的二硫化钼基杂化材料的分散性能检测图。

图4为本发明一实施例提供的二硫化钼基杂化材料的x射线光电子能谱分析图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供的一种二硫化钼基杂化材料，包括以下的原料：四硫代钼酸铵（(nh4)2mos4）、添加剂以及适量的水；其中，所述添加剂选自十六烷基溴化铵（ctab）或硝酸钴（co(no3)2）中的任意一种。本发明实施例选用二硫化钼的前驱体四硫代钼酸铵作为原料之一，由于四硫代钼酸铵溶解在水中后发生电离，形成四硫代钼酸负离子（mos4^2-），四硫代钼酸负离子在同业中体现出电负性，可以在制备杂化材料时，在溶液中引入其他正电荷物质，充分利用形成的四硫代钼酸负离子的电负性，与带有正负电荷的离子或物质在溶液中重新结合（正负离子相互作用）形成新的物质，进行得到所述二硫化钼基杂化材料，在润滑油中可实现良好的分散性，可以快速高效地制备二硫化钼基杂化材料，所述二硫化钼基杂化材料的制备方法不是对原有二硫化钼进行直接改性，而是一种合成的制备方法。

作为本发明的另一优选实施例，所述添加剂与所述四硫代钼酸铵的摩尔比是0.8-2:1。

作为本发明的另一优选实施例，当所述添加剂是十六烷基溴化铵时，所述十六烷基溴化铵与所述四硫代钼酸铵的摩尔比是1-2:1。

作为本发明的另一优选实施例，当所述添加剂是硝酸钴时，所述硝酸钴与所述四硫代钼酸铵的摩尔比是0.8-1.2:1。

作为本发明的另一优选实施例，所述水的用量是所述四硫代钼酸铵重量的2000-20000倍。

作为本发明的另一优选实施例，所述水可以是选自纯净水、蒸馏水、去离子水或软水中的任意一种，这里并不作限定，可以根据需要进行选择。优选的，所述水是去离子水。

本发明实施例还提供一种上述二硫化钼基杂化材料的制备方法，所述的二硫化钼基杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

1）按比例称取四硫代钼酸铵加入至水中并使其完全溶解，得到第一溶液；

2）按比例称取添加剂加入至水中并使其完全溶解，得到第二溶液；

3）将所述第一溶液与所述第二溶液进行混合均匀（为了确保制备的二硫化钼基杂化材料均一，可以进行快速搅拌2-20分钟），然后静置，再进行离心分离，取固体组分，得到所述二硫化钼基杂化材料。

作为本发明的另一优选实施例，在所述的二硫化钼基杂化材料的制备方法中，所述静置的时间是1-8h。

优选的，所述的二硫化钼基杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

称取0.02-0.04g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入十六烷基溴化铵（ctab）或硝酸钴，使其完全溶解，得到第二溶液，十六烷基溴化铵（ctab）或硝酸钴的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在0.8-2:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌10分钟，然后静置1-8h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料。

本发明实施例还提供一种采用上述的二硫化钼基杂化材料的制备方法制备得到的二硫化钼基杂化材料。

本发明实施例还提供一种所述的二硫化钼基杂化材料在制备二硫化钼基润滑油添加剂中的应用。

本发明实施例还提供一种所述的二硫化钼基杂化材料的制备方法在二维材料掺杂改性中的应用。

以下通过列举具体实施例对本发明的二硫化钼基杂化材料的技术效果做进一步的说明。

实施例1

一种二硫化钼基杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

称取0.02-0.04g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入十六烷基溴化铵（ctab），使其完全溶解，得到第二溶液，十六烷基溴化铵（ctab）的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1.5:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌10分钟，然后静置5-8h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料，记作ctab-mos2。

实施例2

一种二硫化钼基杂化材料的制备方法，包括以下步骤：

称取0.02-0.04g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入硝酸钴，使其完全溶解，得到第二溶液，硝酸钴的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌2分钟，然后静置1-2h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料，记作comos2。

实施例3

称取0.02g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入十六烷基溴化铵，使其完全溶解，得到第二溶液，十六烷基溴化铵的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1.5:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌10分钟，然后静置6h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料。

实施例4

与实施例3相比，除了十六烷基溴化铵的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1:1外，其他与实施例3相同。

实施例5

与实施例3相比，除了十六烷基溴化铵的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1.2:1外，其他与实施例3相同。

实施例6

与实施例3相比，除了十六烷基溴化铵的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在2:1外，其他与实施例3相同。

实施例7

与实施例3相比，除了所述水的用量是所述四硫代钼酸铵重量的2000倍外，其他与实施例3相同。

实施例8

与实施例3相比，除了所述水的用量是所述四硫代钼酸铵重量的8000倍外，其他与实施例3相同。

实施例9

与实施例3相比，除了所述水的用量是所述四硫代钼酸铵重量的10000倍外，其他与实施例3相同。

实施例10

与实施例3相比，除了所述（nh4）2mos4的用量是0.04g外，其他与实施例3相同。

实施例11

与实施例3相比，除了静置的时间是5h外，其他与实施例3相同。

实施例12

与实施例3相比，除了静置的时间是8h外，其他与实施例3相同。

实施例13

称取0.03g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入硝酸钴，使其完全溶解，得到第二溶液，硝酸钴的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在0.8:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌2分钟，然后静置1h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料。

实施例14

称取0.02g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入硝酸钴，使其完全溶解，得到第二溶液，硝酸钴的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌2分钟，然后静置2h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料。

实施例15

称取0.04g（nh4）2mos4加入至100ml水中并使其完全溶解，得到第一溶液，然后在另外称取的100ml水中加入硝酸钴，使其完全溶解，得到第二溶液，硝酸钴的加入量与加入的（nh4）2mos4的用量按照摩尔比保持在1.2:1，将完全溶解的两种溶液进行混合，为了确保制备的材料均一，可以进行快速搅拌2分钟，然后静置1.5h，最后通过离心可获得所述二硫化钼基杂化材料。

实施例16

将实施例1中制备的ctab-mos2样品进行热重（tg）分析，具体的，将实施例1中制备的ctab-mos2样品以及原材料（nh4）2mos4分别进行热重（tg）分析，得到的热重分析结果图如图2所示，从图2可以看出，能够明显观察到（nh4）2mos4热失重为43.5%，而ctab-mos2热失重为75.5%，这是由于ctab-mos2材料中的ctab热降解造成了失重率增大。

实施例17

将实施例1中制备的ctab-mos2样品进行分散性能检测试验，具体是将制备的ctab-mos2样品称取0.02g加入至15ml的vhvi8基础油（8号内燃机基础油）中进行观察，具体的分散性能检测图片如图3所示，可以观察到加入ctab-mos2后沉入底部（见图3的左图所示），经过12小时的搅拌后，能够观察到底部的物质已经完全溶解在vhvi8基础油中，并使vhvi8基础油由无色透明变为黄色（见图3的右图所示），这表明了本发明实施例制备的二硫化钼基杂化材料可以实现二硫化钼良好分散于润滑油中，可以作为一种简单高效的方法来制备二硫化钼基润滑油添加剂。

实施例18

将实施例2中制备的comos2样品进行x射线光电子能谱分析测试，具体的结果如图4所示，从图4可以看出，在comos2样品中检测到co元素、mo元素、s元素，而且检测中发现这三种元素的原子比率为6.33：6.99：27.91，该原子比率接近1：1：2，这说明了该材料中的原子比率符合co掺杂mos2形成comos2材料的原子比率，这也证明了通过本发明实施例的所述二硫化钼基杂化材料的制备方法可以实现以简单方法采用co元素对mos2掺杂形成杂化材料。

实施例19

将实施例2中制备的comos2样品进行扫描电镜表征，得到的扫描电镜图片见图1所示，从图1可以看出，comos2样品在微观下是呈现片层结构，这也是对制备的comos2样品的微观结果的验证，由于comos2样品在微观下是呈现片层结构的，这说明了本发明提供的comos2是一种二维材料，也表明了本发明的掺杂方法可以保持mos2原有的二维片层结构，而且可以对其进行掺杂改性形成杂化材料。

需要说明的是，二硫化钼作为高效地析氢催化剂被研究及应用，其中研究表明二硫化钼中的(1010)型mo边缘结构与固氮酶中的活性位点类似，经使用量子力学的知识计算了mos2的催化性能，表明mos2边缘对h原子的吸附自由能非常靠近贵金属铂对h原子的吸附自由能，这使得mos2成为一种高效的电催化析氢反应的催化剂。但是，块体的mos2的电催化活性很低，为了提高二硫化钼的催化活性，通常掺杂一些其他元素进入二硫化钼形成杂化材料，本发明实施例提出了一种新方法可以快速高效地制备二硫化钼基杂化材料。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。