一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法技术

本发明专利技术属于无机非金属材料技术领域，涉及一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法。所述X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的分子式为M2AX，其中X为P、As、Sb、S、Se、Te中的元素中的一种或多种的组合。X位为磷属元素和/或硫属元素的新型MAX相材料具有独特的物化性质，将在储能、催化、电子、热电等领域具有潜在的应用前景。电等领域具有潜在的应用前景。电等领域具有潜在的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
的带隙可以从1.2ev(块体)提升到1.8～1.9ev(单层)(Martella C,et al.Adv.Mater.,2018,30(9):1705615)。大多数的TMDs材料拥有三种特征结构：1T，2H以及3R(Guo B,et al.ACS App.Mater.&Inter.,2017,9(4):3653
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3660)。这三种相不是固定不变的，在某种特定的条件中，他们之间是可以相互转化的。比如二硫化钼一般是以半导体相(2H)形式存在，但是当发生离子迁移时，它又可以转化成亚稳态金属相(1T)。而过渡金属磷化物与过渡金属硫化物则有所不同，TMPs具有类似于陶瓷的物理性质，同时也保留了类似于金属的电子和磁性性质。且它们的晶体结构是三棱锥的，而非像硫化物那样形成层状结构(Oyama S T,et al.Catal.Today,2009,143(1
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2):94
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107)。它们在催化脱硫和催化脱硝中表现出了优异的性能，例如具有极高催化活性的磷化物Ni2P(Oyama S T,et al.Jour.of cataly.,2003,216(1
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2):343
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352)，这种优秀的催化性质与其内部的磷属原子排布结构与电子结合方式具有极大的关联性，但是大部分的过渡金属磷化物都不具备有序的层状结构(Du H,et al.Nanoscale,2018,10(46):21617
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21624)。使用粉末冶金法合成的含磷属元素的MAX相的磷属元素占位基本处于A位，与金属元素形成的结构为三棱柱。目前，并无X位为磷、硫属元素的MAX相材料的研究报道。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术通过以下方案实现：
[0007]一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料，所述X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的分子式为M2AX，其中X为P、As、Sb、S、Se、Te中的元素中的一种或多种的组合。
[0008]作为优选，M2AX分子式中，M选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta中的一种或多种的组合。
[0009]作为优选，M2AX分子式中，A为S、Se中的任意一种或两者任意比例的组合。
[0010]MAX相中各位置的元素对材料的性能起了决定性的作用，目前为止所探究的MAX相的X位元素均为原子尺寸较小的元素(C、N、B)。本专利技术提供的MAX相材料的X位为磷属元素和/或硫属元素，X位原子的电子云密度相较于现有MAX相材料发生了巨大的改变，其结构与性能均发生了一定可调控的变化。
[0011]当磷属元素占据MAX相材料的X位时，与金属元素形成M6X八面体，从而获得具有磷属元素有序层状排列的新结构金属化合物。
[0012]当MAX相的A位与X位均被硫属原子所占据后，其形成了一种近似于金属硫化物的化合物，但是与TMDs材料不同的是，此时这类MAX相内各结构层之间并非由范德瓦尔斯力所连接，而是分别由M
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A类金属键及M
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X类共价键所连接，且此时这类MAX相内也包含两种硫化物的相结构：M
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A层的硫化物结构特征为2H型，而M
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X层的硫化物结构特征为1T型。这种特殊的结构可能使得A位和X位为硫属元素的MAX相同时兼具不同特征型硫化物的性质，并有望制备出具有不同导电特征的陶瓷材料。
[0013]本专利技术提供的X位为磷属元素和/或硫属元素的新型MAX相材料，将在储能、热电等领域具有潜在的应用前景。
[0014]为实现前述专利技术的另一个目的，本专利技术通过以下方案实现：
[0015]一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的制备方法，包括以下步骤：将硼化物MAX相材料、磷属元素单质和/或硫属元素单质和/或含磷属元素的化合物和/或含硫属元素的化合物混合，于惰性气氛中在800～1700℃下反应，获得X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料。
[0016]在MAX相合成过程中对X位单独引入磷属元素和/或硫属元素是极难的，本专利技术中采用模板替换法，使硼化物MAX相材料作为模板与磷属元素单质和/或硫属元素单质和/或含磷属元素的化合物和/或含硫属元素的化合物进行X位的原子交换，进而合成X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相，形成的MAX相由于磷、硫属元素在X位的引入导致其电子结构相较于现有MAX相材料发生了较大的变化，从而引起MAX相材料物理、化学性质的变化。
[0017]作为优选，硼化物MAX相材料中，M选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta中的一种或多种的组合。
[0018]作为优选，硼化物MAX相材料中，A为S、Se中的任意一种或两者任意比例的组合。
[0019]作为优选，硼化物MAX相材料中，X为B。
[0020]作为优选，含磷属元素的化合物选自含磷属元素的金属化合物、含磷属元素的非金属化合物中的一种或多种。
[0021]作为优选，含硫属元素的化合物选自含硫属元素的金属化合物、含硫属元素的非金属化合物的一种或多种。
[0022]作为优选，磷属元素和/或硫属元素与硼化物MAX相材料的摩尔比＞1。
[0023]作为优选，反应时间为30～120min，压强为0～100MPa。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025](1)本专利技术提供了一种X位为磷属元素和/或硫属元素的新型MAX相材料，磷、硫属元素在X位的引入导致其电子结构相较于现有MAX相材料发生了较大的变化，从而引起MAX相材料物理、化学性质的变化，可以调控其物理和化学性质；
[0026](2)本专利技术提供的X位为磷属元素和/或硫属元素的新型MAX相材料具有独特的物化性质，将在储能、催化、电子、热电等领域具有潜在的应用前景；
[0027](3)本专利技术首次实现了X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的制备，制备工艺简单易操作，低耗，具有普适性；
[0028](4)本专利技术利用硼化物MAX相材料与磷属元素单质和/或硫属元素单质和/或含磷属元素的化合物和/或含硫属元素的化合物反应合成了X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料，在材料合成手段上是一种创新，也为其他新型MAX相的合成提供全新的合成策略；
[0029](5)本专利技术利用MAX模板替换法合成X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料对于补充MAX相传统定义、拓展其组成种类和调控物质化学性质有着非常重要的意义。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料，其特征在于，所述X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的分子式为M2AX，其中X为P、As、Sb、S、Se、Te中的元素中的一种或多种的组合。2.根据权利要求1所述的X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料，其特征在于，M2AX分子式中，M选自Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta中的一种或多种的组合。3.根据权利要求1所述的X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料，其特征在于，M2AX分子式中，A为S、Se中的任意一种或两者任意比例的组合。4.一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将硼化物MAX相材料、磷属元素单质和/或硫属元素单质和/或含磷属元素的化合物和/或含硫属元素的化合物混合，于惰性气氛中在800～1700℃下反应，获得X位为磷属元素和/或硫属元素的M...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，陈科，李子乾，汪旭东，
申请(专利权)人：宁波杭州湾新材料研究院，
类型：发明
国别省市：