A位含锑元素的MAX相层状材料、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种A位含锑元素的MAX相层状材料、其制备方法及应用。所述MAX相层状材料是一种具有纳米层状化合物，分子式表示为M

【技术实现步骤摘要】
A位含锑元素的MAX相层状材料、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种无机材料，具体涉及一种A位含锑元素的新型MAX相层状材料及其制备方法与应用，属于材料


技术介绍

[0002]M
n+1
AX
n
相材料是指一类三元层纳米层状化合物，M位元素一般指的是前过渡族金属元素，A位元素主要为ⅢA族和ⅣA族元素，X元素指C和/或N，其中n＝1，2或3。MAX相的晶体结构为六方晶体结构，空间群为P63/mmc，由M
n+1
X
n
纳米亚层结构与A原子层交替堆垛而成，其中，M
n+1
X
n
纳米结构亚层由共价键的共棱M6X八面体层组成，相邻的MX亚层结构呈孪晶相位，X则位于由M位原子构成的八面体间隙中。理论计算预测表明，超过600种MAX相具备热力学稳定性，其中已成功合成的纯MAX相已经超过70种。目前已经发现的MAX相的M位、A位和X位元素分布，包括25种M位元素、18种A位元素(Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Cu、Zn、Pd、Ir、Au、Cd)和2种X位元素。MAX相由于具有丰富化学元素组成，可以通过调整其元素种类及相对含量来改变和调整它们的物理化学性质，同时也会极大的丰富MAX相材料的多样性。而目前还没有成功实现A位为Sb元素的MAX相的制备。

技术实现思路

[0003]本专利技术的主要目的在于提供一种A位含锑元素的MAX相层状材料及其制备方法，从而克服现有技术中的不足。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供所述A位含锑元素的MAX相层状材料的应用。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种A位含锑元素的MAX相层状材料，所述MAX相层状材料的分子式表示为M
n+1
AX
n
，其中M选自前过渡金属族元素中的任意一种或两种以上的任意组合，A为锑或含锑合金的任意组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的任意组合，n为1、2、3或4。
[0007]在一些实施例中，所述的A为Sb，或者Sb与Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Ir、Au、Cd、Se、Te等中的任意一种或两种以上的任意组合形成的含锑合金。
[0008]本专利技术实施例还提供了A位含锑元素的MAX相层状材料的制备方法，其包括：将M和/或含M材料、A和/或含A材料、X和/或含X材料按(2～4)：1：(1～3)的摩尔比均匀混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400～1700℃高温反应30～120min，获得所述A位含锑元素的MAX相层状材料；
[0009]或者，将前驱体MAX相材料、A和/或含A材料、金属熔盐、无机盐按1：(1～3)：(2～3)：(3～10)的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400℃～1700℃进行高温反应，之后进行后处理，获得所述A位含锑元素的MAX相层状材料；
[0010]其中，所述前驱体MAX相材料的分子式表示为M
m+1
A
’
X
m
，其中M选自III B、IV B、V B或VI B族的前过渡金属元素，A
’
选自ⅢA或ⅣA族元素，X包括C和/或N，m＝1、2或3。进一步
地，所述前驱体MAX相材料包括Ti3AlC2、Ti2AlC、Ti2AlN、Ti4AlN3、V2AlC、Cr2AlC、Nb2AlC、Hf2AlN、Ta4AlC3、Ti3AlCN中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。较之现有技术，本专利技术的优点至少在于：
[0011](1)本专利技术实施例提供的A位含锑元素MAX相层状材料的制备方法首次实现了A为锑元素的新型MAX相材料的制备，制备方法简易且具有普适性；
[0012](2)本专利技术实施例提供的MAX相层状材料A位元素含锑元素，兼具金属和陶瓷的特点，具有高强度、高硬度、高导热、高电导、抗氧化、耐高温、高损伤容限和可加工等特点。锑元素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，通过引入锑元素调控其物理、化学性质，合成的新型MAX相材料将在超导、储能、催化、电磁屏蔽、摩擦磨损等领域具有潜在的应用前景。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。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。
[0014]图1是本专利技术实施例1中A位含锑元素的MAX相层状材料Nb2SbC的XRD图；
[0015]图2是本专利技术实施例1中A位含锑元素的MAX相层状材料Nb2SbC的XRD图Reitveld法精修分析结果图；
[0016]图3是本专利技术实施例1中A位含锑元素的MAX相层状材料Nb2SbC的球差校正高分辨透射电镜图及原子级元素分布图；
[0017]图4是本专利技术实施例2中A位含锑元素的MAX相层状材料Ti3SbC2的XRD图；
[0018]图5是本专利技术实施例2中A位含锑元素的MAX相层状材料Ti3SbC2的球差校正高分辨透射电镜图及原子级元素分布图；
[0019]图6是本专利技术实施例3中A位含锑元素的MAX相层状材料Ti3SbCN的XRD图；
[0020]图7是本专利技术实施例3中A位含锑元素的MAX相层状材料Ti3SbCN沿晶带轴的球差校正高分辨透射电镜图及原子示意图；
[0021]图8是本专利技术实施例3中A位含锑元素的MAX相层状材料Ti3SbCN的球差校正高分辨透射电镜图及原子级元素分布图。
具体实施方式
[0022]本专利技术合成A位含锑元素的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；其次，利用MAX相材料A位元素的多样性和丰富的可调性，可以合成A位含锑元素的全新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；此外，合成A位含锑元素的MAX相材料，通过调控A位元素的含量、位置和种类来调控其结构和性质，达到其在超导、储能等领域应用目的。
[0023]因此，本案专利技术人的技术原理在于：将锑元素引入到MAX相材料A位原子层可使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，在超导、储能、催化、生物、微波器件等领域具有潜在的应用前景。
[0024]本专利技术实施例的一个方面提供的一种A位含锑元素的MAX相层状材料，所述MAX相层状材料的分子式表示为M
n+1
AX
n
，其中M选自前过渡金属族元素中的任意一种或两种以上的任意组合，A为锑或含锑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种A位含锑元素的MAX相层状材料，其特征在于：所述MAX相层状材料的分子式表示为M
n+1
AX
n
，其中M选自前过渡金属族元素中的任意一种或两种以上的任意组合，A为锑或含锑合金的任意组合，X为C、N元素中的任意一种或两种的任意组合，n为1、2、3或4。2.根据权利要求1所述的A位含锑元素的MAX相层状材料，其特征在于：所述的M包括Sc、Ti、V、Cr、Mn、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W中的任意一种或两种以上的任意组合。3.根据权利要求1所述的A位含锑元素的MAX相层状材料，其特征在于：所述的A包括Sb，或者，Sb与Al、Si、P、S、Ga、Ge、As、In、Sn、Tl、Pb、Bi、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pd、Ir、Au、Cd、Se、Te中的任意一种或两种以上的任意组合形成的含锑合金。4.根据权利要求1所述的A位含锑元素的MAX相层状材料，其特征在于：所述的X为C
x
N
y
，其中x+y＝1～2。5.根据权利要求1所述的A位含锑元素的MAX相层状材料，其特征在于：所述A位含锑元素的MAX相层状材料具有六方晶系结构，空间群为P63/mmc，晶胞由M
n+1
X
n
亚结构层与含锑原子层交替堆垛而成。6.如权利要求1
‑
5中任一项所述A位含锑元素的MAX相层状材料的制备方法，其特征在于包括：将M和/或含M材料、A和/或含A材料、X和/或含X材料按(2～4)：1：(1～3)的摩尔比均匀混合，并将所获混合物于惰性气氛中在1000～1700℃高温反应30～120min，获得所述A位含锑元素的MAX相层状材料；或者，将前驱体MAX相材料、A和/或含A材料、金属熔盐、无机盐按1：(1～3)：(2～3)：(3～10)的摩尔比混合，并将所获混合物于惰性气氛中在400℃～1000℃进行高温反应30～120min...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄庆，丁浩明，李友兵，
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：