二硫化物納米材料的制備與應(yīng)用研究.pdf

1、納米材料具有著多種優(yōu)異的性能和功能。科學(xué)家們將其譽為21世紀最有前途的材料。目前，納米材料在制備、表征和應(yīng)用方面已經(jīng)取得很大進展。納米級層狀結(jié)構(gòu)的MoS2和WS2由于其獨特的電性能和優(yōu)異的機械性能引起科學(xué)家關(guān)注。這類化合物是以金屬原子層排布在兩個硫原子片層形成三文治結(jié)構(gòu)，硫原子片層間通過范德華力相互作用，一層一層迭加而形成穩(wěn)定的MS2(M=Mo，W)結(jié)構(gòu)。 本項工作以硫鎢酸銨和硫鉬酸銨為原料，對其進行熱分解得到了WS2和MoS2

2、納米材料，包括納米纖維、納米粉和納米管，研究了作為鋰離子電池負極材料的電化學(xué)性能以及作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)特性。 1.用仲鎢酸銨和鉬酸銨進行酸溶、氨溶、硫化氫飽和、洗滌、結(jié)晶等過程制備出了硫鎢酸銨和硫鉬酸銨。采用非等溫TG-DTA、TG-DSC技術(shù)在不同線性升溫速率條件下研究硫鎢酸銨和硫鉬酸銨的熱分解動力學(xué)。采用Dyle-Ozawa法、Kissinger法、多個升溫速率法計算熱分解過程的動力學(xué)參數(shù)，推導(dǎo)熱分解動力學(xué)方程，用Ac

3、har微分法和Coast-Redfem積分法得出了熱分解過程的最概然機理函數(shù)。結(jié)果表明五種方法計算的活化能和頻率因子十分接近。硫鎢酸銨和硫鉬酸銨在氮氣中有兩個失重階段，分別對應(yīng)(NH4)2MS4→MS3和MS3→MS2(M=W,Mo)，其中，硫鎢酸銨熱分解第一階段的機理函數(shù)為da/dt=9.02×1011×(1-a)e-13395.5/T，第二階段的機理函數(shù)為da/dt=5.187×1022×3/2[1/(1-a)1/3-11]-1e(

4、-33008/T)；硫鉬酸銨熱分解第一階段的機理函數(shù)為da/dt=8.33×107×2/3a-1/2e(-12006/T)，第二階段的機理函數(shù)為da/dt=6.76×1018×3/2(1-a)4/3[1/(1-a)1/3-1]-1e(-30866/T)。 2.得到了采用熱分解法制備WS2和MoS2納米纖維的最佳工藝參數(shù)。在920～1040℃和900～1000℃的范圍內(nèi)，氮氣流速為90mL/min的氣氛中，升溫速率為10～15K/

5、min，快速冷卻，所制備的納米纖維為單晶，平均直徑30～70nm，長度為幾十微米，有的WS2納米纖維長度大于100μm，邊緣光滑，表面存在結(jié)構(gòu)缺陷。納米纖維的生長機理是VS機理。 3.采用熱分解法制備了WS2和MoS2納米粉。選用粒度為2～3μm的原料，加熱到850℃左右，恒溫1～2h，制得平均粒徑分別為100nm左右和10～30m的WS2和MoS2納米粉體。許多顆粒團聚在一起，這種小顆粒是由更小的納米晶體組成。 4.以

6、陽極氧化制得的多孔氧化鋁為模板，把硫鉬酸銨的DMF溶液浸入到氧化鋁的孔中，在氮氣氣氛中，溫度為550℃左右，在多孔氧化鋁模板孔壁上沉積得到了MoS2納米管。其直徑為200nm左右，長度為幾十微米。管的形貌主要受模板孔徑、熱處理溫度的影響。 5.以熱分解法制備的二硫化物納米纖維和納米粉作為活性物質(zhì)，以鋰片做對電極研究了WS2和MoS2納米材料的電化學(xué)性能，包括首次充放電容量、循環(huán)性能及在大電流密度下的電化學(xué)性能。結(jié)果表明WS2和M

7、oS2納米材料具有很高的首次充放電比容量-1000mAh/g以上，由于納米材料的團聚影響了其循環(huán)性能，WS2和MoS2納米材料作為鋰離子電池負極的儲鋰機理可能是片層間儲鋰、納米級的微粒間隙儲鋰和納米級的結(jié)構(gòu)缺陷儲鋰。 6.在MS-800A四球摩擦磨損實驗機上考察了WS2和MoS2納米材料作為潤滑油添加劑的摩擦學(xué)特性。采用EDS分析磨痕表面元素的化學(xué)狀態(tài)。采用掃描電子顯微鏡觀察磨痕表面形貌。通過對剛球磨斑直徑、PB值的變化分析了W

8、S2和MoS2納米材料的形貌、添加劑的含量對摩擦性能的影響。結(jié)果表明，顆粒狀納米材料的具有好的減磨性能和極壓性能，而纖維狀納米MoS2和納米WS2則在一定程度上增加了摩擦副的磨損，但對增加極壓性能影響不大。隨著添加劑含量的增加，潤滑油的減磨性降低，極壓性提高。納米MoS2和納米WS2對摩擦副的減磨和極壓性能改善的原因在于他們被吸附于摩擦副表面，在摩擦過程中，納米MoS2和WS2分解，生成含Mo和W氧化物的氧化膜，起到改善摩擦學(xué)性能的作用