硫化鉬/炭復(fù)合物的合成及其潤滑性能的研究*

李江濤，賈 園，沈 萌，莊 智，朱 剛，宋立美

（陜西省表面工程與再制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安文理學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

科研與開發(fā)

硫化鉬/炭復(fù)合物的合成及其潤滑性能的研究*

李江濤*，賈 園，沈 萌，莊 智，朱 剛，宋立美

（陜西省表面工程與再制造重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安文理學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

本文以鉬酸銨與硫代乙酰胺分別為鉬源和硫源，活性炭為碳源，采用溶劑熱法制成二硫化鉬/碳的復(fù)合物。采用粉末衍射、紅外、掃描電鏡、物理吸附等方法對不同條件下制備的產(chǎn)物進(jìn)行組成和結(jié)構(gòu)表征，檢測產(chǎn)物的摩擦學(xué)性能，研究加熱時間不同對產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、成分和摩擦性能進(jìn)行研究。

硫化鉬；溶劑熱反應(yīng)；潤滑性能

MoS2作為一種過渡金屬硫化物，在固體潤滑領(lǐng)域有很大優(yōu)勢，近年來成為研究熱點(diǎn)之一[1]。單層二硫化鉬層之間有低剪切力的滑動面，這些低剪切力的滑動面附在金屬表面，使原來兩個相互運(yùn)動的面與面間的摩擦轉(zhuǎn)化為MoS2層狀結(jié)構(gòu)間的滑動，從而減少了磨損，達(dá)到了潤滑的目的[2-10]。

研究發(fā)現(xiàn)，納米MoS2無論在反應(yīng)活、吸附能力和物理摩擦學(xué)方面都表現(xiàn)出比普通MoS2更為優(yōu)越的性能。在與之不發(fā)生反應(yīng)的氣體氛圍中，MoS2是較為令人滿意的潤滑劑（65℃以下）。嚴(yán)格來說，MoS2的外層面在85℃時便可以發(fā)生氧化,但外表面的微氧化可防止內(nèi)部的進(jìn)一步氧化，氧化程度不僅取決于溫度，還取決于MoS2的顆粒大小和粉碎情況。本文以鉬酸銨和硫代乙酰胺分別作為鉬源和硫源，二甲基甲酰胺和蒸餾水作為溶劑，水合肼作為還原劑，活性炭為外加碳源，用水/溶劑熱法制備納米MoS2/碳復(fù)合材料時，探究水熱時間對產(chǎn)品結(jié)果的影響，分別水熱1、3、6 h對3組產(chǎn)品進(jìn)行表征分析，對比合成的3組納米MoS2/C之間的結(jié)構(gòu)和成分以及結(jié)晶度的不同。初步探討了復(fù)合物的摩擦性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

鉬酸銨（上?；瘜W(xué)廠）；二甲基甲酰胺，硫代乙酰胺（北京化工廠），水合肼，碳納米管（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（邦西儀器科技（上海）有限公司）；D2 Phaser型X-射線衍射儀（德國布魯克AXS公司）；ULTIMA2的場發(fā)射掃描電子顯微鏡（法國HORIBA Jobin Yvon）；Nicolet iS50傅里葉紅外變換光譜儀（美國尼高力公司）。

1.2 MoS2/活性炭復(fù)合物的制備

圖1 實(shí)驗(yàn)過程示意圖Fig.1 Schematic diagram of experiment process

稱取二鉬酸銨2g，納米碳1g，硫代乙酰胺加1.8g到100mL二甲基甲酰胺中，攪拌12h。加入10mL水合肼，磁力攪拌30min。在200℃下分別加熱反應(yīng)1，3，6h， 分 別 命 名 為（MoS2/C-1h,MoS2/C-3h,MoS2/C-6h）。冷卻后離心，無水乙醇洗滌4次保證純度，在70℃烘箱中干燥12h得到產(chǎn)物，裝入樣品管貼標(biāo)簽備用。實(shí)驗(yàn)離子方程式：

1.3 硫化鉬/活性炭復(fù)合物潤滑測試

將硫化鉬/活性炭復(fù)合物作為添加劑加入基礎(chǔ)油中時,在運(yùn)行過程中,復(fù)合物被研磨,形成復(fù)合潤滑膜,減小摩擦磨損。

2 結(jié)果與討論

2.1 產(chǎn)品的XRD分析

圖2 水熱MoS2/C復(fù)合物的XRD圖譜Fig.2 XRD molybdenum disulfide/carbon sample

由圖2a可知,10°、20°左右的衍射峰對應(yīng)的是C的 （100）（110） 峰，35°、60°左右的有 MoS2（100）（110）特征峰，但圖2a水熱時間短[11]，雜質(zhì)基團(tuán)多，晶體形態(tài)無定型，圖2b中也有10°，20°左右對應(yīng)的是 C 的（100）（110）衍射峰，35°、45°左右的有 MoS2（100）（110）特征峰，水熱時間為3h的時候，雜質(zhì)基團(tuán)依然多，晶體無定型狀態(tài)嚴(yán)重。圖3c中10°、20°左右的衍射峰對應(yīng)的是 C 的（100）（110）峰，45°左右的有MoS2（100）（110）特征峰，并且水熱時間增加到6h，結(jié)晶狀態(tài)良好。

2.2 掃描電鏡（SEM）

圖3 不同MoS2/C產(chǎn)物的SEM圖片F(xiàn)ig.3 SEM images of the product obtained with different samples

由圖3可知，納米碳復(fù)合到MoS2上，形成的復(fù)合粒子孔隙變小，由圖3c可知，水熱6h的納米粒子更加蓬松，粒子更細(xì)。

2.3 紅外光譜（FT-IR）

圖4 MoS2/C復(fù)合物的FT-IRFig.4 FT-IR of MoS2/C compounds

由圖4a可以看出，峰在1450cm-1左右歸因于有MoS2的存在，峰在3202cm-1處證明有O-H和N-H拉伸，C-N拉伸形成的峰顯示在1237cm-1處，3500cm-1左右的峰是由表面水分引起的。由圖4b可以看出，3500cm-1左右的峰由表面水分引起，1450cm-1左右的峰歸因于有MoS2的存在，1237cm-1處的峰歸因于C-N拉伸。由圖4c可以看出，1450cm-1左右的峰歸因于有MoS2的存在,3500cm-1左右的峰歸因于表面水分的作用。水熱時間長，生成的MoS2產(chǎn)物上的雜質(zhì)越少，并且產(chǎn)物更細(xì)。

2.4 N2物理吸附

圖5 MoS2/C N2吸附-脫附曲線Fig.5 Nitrogen adsorption isotherms of MoS2/C

為了進(jìn)一步了解不同水熱時間制得的納米材料的比表面積，采用N2物理吸附分析。由圖5可知，3個樣品的比表面積都在500m2·g-1，遠(yuǎn)小于活性炭的比表面積2800m2·g-1，充分說明在活性碳材料的孔道中和表面都鍵合上了MoS2，使其比表面積減小。從3組樣品的N2吸附脫附曲線可以判斷并不是微孔或者介孔材料，沒有出現(xiàn)多孔材料的特征吸附曲線，能夠說明該材料的致密性良好，致密性使材料具有很好的抗壓性能，這使得材料在摩擦磨損方面有很好的抗壓性。

2.5 MoS2的潤滑性測試

將MoS2作為添加劑加入基礎(chǔ)油中時,在運(yùn)行過程中,MoS2被研磨,形成復(fù)合潤滑膜,減小摩擦磨損[12]。因此,MoS2作為基礎(chǔ)油添加劑之后,能使基礎(chǔ)油的摩擦系數(shù)有顯著降低。

圖6 MoS2/C復(fù)合材料的潤滑性Fig.6 Lubrication of different MoS2/C composites

由圖6可知，水熱法制備的MoS2/C復(fù)合材料的潤滑性能有所提高，c曲線水熱6h的MoS2碳復(fù)合材料的潤滑性能最好。

3 結(jié)論

MoS2碳復(fù)合材料制備中最優(yōu)水熱時間是6h，這個反應(yīng)時間生成的MoS2/C-6h復(fù)合材料摻入的雜質(zhì)更容易被無水乙醇洗滌掉，產(chǎn)物更純，結(jié)晶狀態(tài)好，粒子更細(xì)。等質(zhì)量等溫度下潤滑性大小檢測為：MoS2-1h＜MoS2/C-3h＜MoS2/C-6h，可知,活性碳材料加入MoS2潤滑性能有了顯著提高。

［1］ 張春麗.銅及硫化銀納米添加劑摩擦學(xué)性能研究［D］.河南大學(xué)研究生博士，2013:1-11.

［2］ 衛(wèi)軍.富勒烯納米二硫化鉬的制備［J］.中國鉬業(yè)，2016,40（2）:1-2.

［3］ 趙瀟璇.二硫化鉬及其復(fù)合材料的可控合成與電催化制氫研究［D］.中國石油大學(xué)，2014:1-58.

［4］ 劉云.二硫化鉬/碳復(fù)合阿米材料的制備及其電催化析氫性能研究［D］.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2016:32-41.

［5］ 薛首峰.不同形貌納米二硫化鉬制備研究進(jìn)展［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2010,33（3）:88-91.

［6］ 付飛.二硫化鈷與石墨烯復(fù)合負(fù)極材料的制備及電電化學(xué)性能研究［D］.電子科技大學(xué)，2016:14-15.

［7］ 張亨，納米二硫化鉬的制備及性質(zhì)研究進(jìn)展［J］.中國鉬業(yè)2015,39（3）：5-9.

［8］ 李孟閣，劉文文，王龍飛，等.納米二硫化鉬的制備研究現(xiàn)狀及展望［J］.合成技術(shù)及應(yīng)用，2016,31（1）:26-29

［9］ 李斌，謝鳳，張蒙蒙，等.納米二硫化鉬作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)性能研究［J］.潤滑與密封，2014,39（9）:91-95.

［10］ 桑瑞鵬，周暉，張凱峰，等.納米改性油脂潤滑材料的空間摩擦學(xué)性能［J］.潤滑與密封，2010,35（8）:63-65.

［11］ 明庭理.水熱法制備納米二硫化鉬材料［D］.西北大學(xué)，2014.

［12］ 盛備備.水熱制備納米MoS2及其光催化性能研究［D］.南京航空航天大學(xué)，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

國家自然基金（No.21541009）；西安市科技計劃項目（No.CX 1531WL13）

李江濤（1974-），男，博士，教授，主要從事介孔材料及天然產(chǎn)物有效成分研究。