CN111847401B - 一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法属于纳米材料制备的技术领域，具体步骤为：将碳包覆贵金属超细纳米颗粒置于金刚石对顶砧装置的样品腔中，以液氮作为传压介质，红宝石为压力定标物，利用Nd:YLF激光器对样品进行激光加温，在5～8GPa压力和800～1100K温度的条件下反应5～10min，得到贵金属氮化物纳米颗粒。与传统制备方法相比，本发明的方法大幅降低了贵金属氮化物的合成条件，制备的产物贵金属氮化物是呈球状的纳米颗粒，具有纳米材料高体积弹性模量的优点。

Description

一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备的技术领域，特别涉及了一种在相对较低温压条件下制备贵金属氮化物的方法。
背景技术
随着现代材料制造业和各类高科技领域的迅速发展，寻找除金刚石以外的新型超硬材料已成为材料科学和凝聚态物理领域的研究热点。贵金属氮化物因具备超高的体积弹性模量和独特的电磁学性质而具有重要的理论研究意义和潜在的应用前景。但根据文献报道，贵金属氮化物只在超高温高压的极端环境下才能合成，这极大限制了对其性能的深入研究和在工业生产中的开发应用。
氮化铂(PtN2)是第一个被人工合成的贵金属氮化物。2004年Gregoryanz等人(Nature Mater 3(2004)294-297)以铂片(Pt)和液氮(N2)为反应原料，采用激光加温金刚石对顶砧超高温高压实验技术，在50GPa高压和超过2000K高温的条件下成功合成PtN2，并测得其体积弹性模量为372GPa,比纯金属Pt高约100GPa；2006年Young等人(PhysicalReview Letters 96(2006)155501)利用同样的方法合成出两种贵金属氮化物，分别是在64GPa压力和1800K高温条件下合成氮化铱(IrN2)和在43GPa压力和1800K高温条件下合成氮化锇(OsN2)，测得OsN2的体积弹性模量为358GPa，而IrN2的体积弹性模量高达428GPa，这已非常接近金刚石的实验值(440GPa)；2007年Crowhurst等人(Journal of MaterialsResearch 23(2008)1-5)也利用激光加温金刚石对顶砧的方法在58GPa高压和1000K高温的条件下合成氮化钯(PdN2)，2009年Chen等人(Journal of Physics:Condensed Matter 22(2009)015404)通过第一性原理计算得到PdN2的体积弹性模量为135GPa。由此可见，虽然贵金属氮化物的潜在硬度很高，但其所需的合成条件却十分苛刻，这样的合成条件限制了对其力学、热学和电学等物理性能的深入研究。因此，探寻一种在相对较低温压条件下合成贵金属氮化物的新方法，成为材料制备领域的一项关键技术。
与此同时，目前实验上所合成的贵金属氮化物样品均为大尺寸块体材料。根据文献报道可知，由于纳米材料具有高表面能的特点，相比于其块体材料而言，纳米材料的体积弹性模量将会大幅提升，如二氧化铈(CeO2)纳米颗粒(Physical Review B 64(2001)012102)，氧化铁(Fe2O3)纳米颗粒(Europhysics Letters 45(1999)275-276)等。由此可知，贵金属氮化物纳米材料的体积弹性模量相比于其块体材料也可能会出现大幅提升，甚至超过金刚石，成为一种潜在的超硬材料。但目前，贵金属氮化物纳米材料的合成工作尚未见报道。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服背景技术存在的不足，提供一种在较低温度和压力下制备贵金属氮化物纳米材料的方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法，具体步骤为：将碳包覆贵金属超细纳米颗粒置于金刚石对顶砧装置的样品腔中，以液氮作为传压介质，红宝石为压力定标物，利用Nd:YLF激光器对样品进行激光加温，在5～8GPa压力和800～1100K温度的条件下反应5～10min，得到贵金属氮化物纳米颗粒；所述的碳包覆贵金属超细纳米颗粒是表面光滑、呈球状并具有核壳结构的纳米颗粒，粒径为5～8nm，壳层是碳，内核为贵金属超细纳米颗粒单晶，粒径为2～5nm。
进一步地，所述的碳包覆贵金属超细纳米颗粒是按下述方法制备的：
第一步，制备贵金属纳米颗粒前驱体，将贵金属薄片放入直流电弧放电装置反应室内的铜锅中作为阳极；将钨棒阴极与贵金属薄片阳极相对放置；带有顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内，并将钨棒阴极与铜锅阳极罩在其中，双层圆筒内部通入循环冷却水；阳极铜锅内部通入循环冷却水；抽真空后，充入10～40kPa氦气，进行放电反应，保持放电电压为10～30V、电流为60～125A，反应时间为2～5min；反应结束后，在氦气中钝化1～5小时；在顶盖内侧收集黑色粉末贵金属纳米颗粒前驱体；
第二步，制备碳包覆贵金属超细纳米颗粒，将第一步所制备的贵金属纳米颗粒前驱体粉体进行压块；将压块置于石墨锅内；再将石墨锅放入直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中；将碳棒阴极与阳极相对放置；带有顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内，并将碳棒阴极与铜锅阳极罩在其中，双层圆筒内通循环冷却水；阳极铜锅内部通入循环冷却水；抽真空后，充入10～30kPa氩气，进行放电反应，保持放电电压为15～25V、电流为60～120A，反应时间为1～10min；反应结束后，在氩气中钝化1～6小时；在顶盖内侧收集黑色粉末，得到碳包覆贵金属超细纳米颗粒。
本发明中所述的贵金属优选铂(Pt)、铱(Ir)、铑(Rh)、钯(Pd)，所述的贵金属氮化物是氮化铂(PtN2)、氮化铱(IrN2)、氮化铑(RhN2)、氮化钯(PdN2)。
有益效果：
本发明先利用直流电弧放电装置通过“两步法”制备碳包覆贵金属超细纳米颗粒；再以碳包覆贵金属超细纳米颗粒为前驱体，利用激光加温金刚石对顶砧合成贵金属氮化物纳米颗粒，与传统制备方法相比，大幅降低了贵金属氮化物的合成条件(温度和压力)，制备的产物贵金属氮化物是呈球状的纳米颗粒，具有纳米材料高体积弹性模量的优点，是一种潜在的超硬材料，在航空航天、国防军工、资源勘探等领域具有重要应用价值。
附图说明
图1是本发明在“两步法”制备碳包覆贵金属超细纳米颗粒前驱体时所使用的直流电弧放电装置的结构示意图。
图2是实施例2制备的Pt纳米颗粒的X射线衍射谱图(XRD)。
图3是实施例2制备的Pt纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图4是实施例2制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的能谱图(EDS)。
图5是实施例2制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图6是实施例2制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的透射电镜谱图(TEM)。
图7是实施例2制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的高分辨谱图(HRTEM)。
图8是实施例2制备的氮化铂(PtN2)的拉曼谱图(Raman)。
图9是实施例2制备的氮化铂(PtN2)的元素分布谱图(Mapping)。
图10是实施例3制备的Ir纳米颗粒的X射线衍射谱图(XRD)。
图11是实施例3制备的Ir纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图12是实施例3制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的能谱图(EDS)。
图13是实施例3制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图14是实施例3制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的透射电镜谱图(TEM)。
图15是实施例3制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的高分辨谱图(HRTEM)。
图16是实施例3制备的氮化铱(IrN2)的拉曼谱图(Raman)。
图17是实施例3制备的氮化铱(IrN2)的元素分布谱图(Mapping)。
图18是实施例4制备的Pd纳米颗粒的X射线衍射谱图(XRD)。
图19是实施例4制备的Pd纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图20是实施例4制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的能谱图(EDS)。
图21是实施例4制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图22是实施例4制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的透射电镜谱图(TEM)。
图23是实施例4制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的高分辨谱图(HRTEM)。
图24是实施例4制备的氮化钯(PdN2)的拉曼谱图(Raman)。
图25是实施例4制备的氮化钯(PdN2)的元素分布谱图(Mapping)。
图26是实施例5制备的Rh纳米颗粒的X射线衍射谱图(XRD)。
图27是实施例5制备的Rh纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图28是实施例5制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的能谱图(EDS)。
图29是实施例5制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的扫描电镜谱图(SEM)。
图30是实施例5制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的透射电镜谱图(TEM)。
图31是实施例5制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的高分辨谱图(HRTEM)。
图32是实施例5制备的氮化铑(RhN2)的元素分布谱图(Mapping)。
具体实施方式
实施例1直流电弧放电装置结构
结合图1说明本发明制备碳包覆贵金属超细纳米颗粒的直流电弧放电装置结构。图1中，1为直流电弧装置的外玻璃罩，2为顶盖，3为冷凝壁，4为阴极，5为反应初始原料，6为石墨锅(若有，则置于铜锅阳极内)，7为由铜锅构成的阳极，8为阳极进水口，9为阳极出水口，10为进气口，11为出气口，12为冷凝壁进水口，13为冷凝壁出水口。
实施例2制备氮化铂(PtN2)纳米颗粒的全过程
第一步，制备Pt纳米颗粒。将Pt金属片(纯度：99.999％)放入直流电弧放电装置反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒(纯度：99.995％)，钨棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氦气25kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为20V,电流为125A，反应时间为3min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氦气10～20kPa进行样品钝化，钝化3小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为Pt纳米颗粒。
图2给出上述条件制备的Pt纳米颗粒的XRD谱图。证明所制备的Pt纳米颗粒属立方相晶体结构，无其他杂质。图3给出上述条件制备的Pt纳米颗粒的SEM谱图，可以看出样品为球状纳米颗粒，粒径为20～40nm，表面光滑，大小均匀。
第二步，制备碳包覆Pt超细纳米颗粒。将上述制备的Pt纳米颗粒粉体压块后放入石墨锅内，再将石墨锅置于直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中，阴极为碳棒(纯度：99.995％)，碳棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氩气25kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为25V、电流为100A，反应时间为2min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氩气10～20kPa进行样品钝化，钝化3小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为碳包覆Pt超细纳米颗粒。
图4给出上述条件制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的EDS谱图。证明所制备的样品组分中只含有碳(C)和铂(Pt)两种元素。图5给出上述条件制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的SEM谱图。可以看出样品为球状核壳结构的纳米颗粒，粒径为5～8nm，表面光滑，大小均匀。图6给出上述条件制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的TEM谱图。可以看出Pt超细纳米颗粒被碳壳包覆。图7给出上述条件制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒的HRTEM谱图。可以看出被碳壳包覆的Pt金属内核晶格条纹清晰，保持单晶纳米颗粒属性，粒径为2～5nm。
第三步，合成氮化铂(PtN2)纳米颗粒。将上述制备的碳包覆Pt超细纳米颗粒置于Mao-Bell型金刚石对顶砧装置(DAC)的样品腔中，金刚石压砧台面直径500μm，样品腔是由铼片中央打孔而成，孔径200μm。利用液氮(N2，纯度：99.999％)作为传压介质，红宝石球作为压力标定物，连同样品一并封入DAC中进行加压，并利用Nd:YLF激光器(功率：55W，波长：1053nm)对样品腔内的样品进行加热。在8GPa压力和1100K温度条件下保持8min，合成出贵金属氮化物PtN2。
图8是上述条件所制备的PtN2的拉曼谱图(Raman)。图中拉曼振动峰为PtN2的拉曼特征峰，证明所制备的样品为PtN2。图9给出上述条件制备的PtN2样品的元素分布谱图(Mapping)。证明所制备的样品组分中只含有铂(Pt)和氮(N)两种元素。可以看出制备的PtN2为呈球状的纳米颗粒，粒径为30～80nm。对样品进行同步辐射X射线衍射研究后测得，PtN2纳米颗粒的体积弹性模量为425GPa，比体材料PtN高50GPa，是一种硬度更高的潜在超硬材料。
本实施例利用碳包覆Pt超细纳米颗粒为前驱体在8GPa压力、1100K温度下制备出了贵金属氮化物PtN2，与传统方法中50GPa压力、2000K温度相比，大幅降低了反应实验条件，且所制备的纳米级PtN2样品具有更高的体积弹性模量。本发明为贵金属氮化物及其纳米材料的制备提供了一个新思路。
实施例3制备氮化铱(IrN2)纳米颗粒的全过程。
第一步，制备Ir纳米颗粒。将Ir金属片(纯度：99.999％)放入直流电弧放电装置反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒(纯度：99.995％)，钨棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氦气40kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为18V,电流为120A，反应时间为2min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氦气10～20kPa进行样品钝化，钝化5小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为Ir纳米颗粒。
图10给出上述条件制备的Ir纳米颗粒的XRD谱图。证明所制备的Ir纳米颗粒属立方相晶体结构，无其他杂质。图11给出上述条件制备的Ir纳米颗粒的SEM谱图，可以看出样品为球状纳米颗粒，粒径为20～40nm，表面光滑，大小均匀。
第二步，制备碳包覆Ir超细纳米颗粒。将上述制备的Ir纳米颗粒粉体压块后放入石墨锅内，再将石墨锅置于直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中，阴极为碳棒(纯度：99.995％)，碳棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氩气10kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为20V、电流为80A，反应时间为10min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氩气10～20kPa进行样品钝化，钝化6小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为碳包覆Ir超细纳米颗粒。
图12给出上述条件制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的EDS谱图。证明所制备的样品组分中只含有碳(C)和铱(Ir)两种元素。图13给出上述条件制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的SEM谱图。可以看出样品为球状核壳结构的纳米颗粒，粒径为5～8nm，表面光滑，大小均匀。图14给出上述条件制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的TEM谱图。可以看出Ir超细纳米颗粒被碳壳包覆。图15给出上述条件制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒的HRTEM谱图。可以看出被碳壳包覆的Ir金属内核晶格条纹清晰，保持单晶纳米颗粒属性，粒径为2～5nm。
第三步，合成氮化铱(IrN2)纳米颗粒。将上述制备的碳包覆Ir超细纳米颗粒置于Mao-Bell型金刚石对顶砧装置(DAC)的样品腔中，金刚石压砧台面直径500μm，样品腔是由铼片中央打孔而成，孔径200μm。利用液氮(N2，纯度：99.999％)作为传压介质，红宝石球作为压力标定物，连同样品一并封入DAC中进行加压，并利用Nd:YLF激光器(功率：55W，波长：1053nm)对样品腔内的样品进行加热。在5GPa压力和1000K温度条件下保持10min，合成出贵金属氮化物IrN2。
图16是上述条件所制备的IrN2的拉曼谱图(Raman)。图中拉曼振动峰为IrN2的拉曼特征峰，证明所制备的样品为IrN2。图17给出上述条件制备的IrN2样品的元素分布谱图(Mapping)。证明所制备的样品组分中只含有铱(Ir)和氮(N)两种元素。可以看出制备的IrN2为呈球状的纳米颗粒，粒径为30～80nm。对样品进行同步辐射X射线衍射研究后测得，IrN2纳米颗粒的体积弹性模量为518GPa，比体材料IrN高90GPa，是一种硬度更高的潜在超硬材料。
本实施例利用碳包覆Ir超细纳米颗粒为前驱体在5GPa压力、1000K温度下制备出了贵金属氮化物IrN2，与传统方法中64GPa压力、1800K温度相比，大幅降低了反应实验条件，且所制备的纳米级IrN2样品具有更高的体积弹性模量。
实施例4制备氮化钯(PdN2)纳米颗粒的全过程。
第一步，制备Pd纳米颗粒。将Pd金属片(纯度：99.999％)放入直流电弧放电装置反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒(纯度：99.995％)，钨棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氦气30kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为10V,电流为60A，反应时间为2min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氦气10～20kPa进行样品钝化，钝化1小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为Pd纳米颗粒。
图18给出上述条件制备的Pd纳米颗粒的XRD谱图。证明所制备的Pd纳米颗粒属立方相晶体结构，无其他杂质。图19给出上述条件制备的Pd纳米颗粒的SEM谱图，可以看出样品为球状纳米颗粒，粒径为20～40nm，表面光滑，大小均匀。
第二步，制备碳包覆Pd超细纳米颗粒。将上述制备的Pd纳米颗粒粉体压块后放入石墨锅内，再将石墨锅置于直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中，阴极为碳棒(纯度：99.995％)，碳棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氩气15kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为15V、电流为60A，反应时间为1min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氩气10～20kPa进行样品钝化，钝化1小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为碳包覆Pd超细纳米颗粒。
图20给出上述条件制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的EDS谱图。证明所制备的样品组分中只含有碳(C)和钯(Pd)两种元素。图21给出上述条件制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的SEM谱图。可以看出样品为球状核壳结构的纳米颗粒，粒径为5～8nm，表面光滑，大小均匀。图22给出上述条件制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的TEM谱图。可以看出Pd超细纳米颗粒被碳壳包覆。图23给出上述条件制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒的HRTEM谱图。可以看出被碳壳包覆的Pd金属内核晶格条纹清晰，保持单晶纳米颗粒属性，粒径为2～5nm。
第三步，合成氮化钯(PdN2)纳米颗粒。将上述制备的碳包覆Pd超细纳米颗粒置于Mao-Bell型金刚石对顶砧装置(DAC)的样品腔中，金刚石压砧台面直径500μm，样品腔是由铼片中央打孔而成，孔径200μm。利用液氮(N2，纯度：99.999％)作为传压介质，红宝石球作为压力标定物，连同样品一并封入DAC中进行加压，并利用Nd:YLF激光器(功率：55W，波长：1053nm)对样品腔内的样品进行加热。在7GPa压力和800K温度条件下保持5min，合成出贵金属氮化物PdN2。
图24是上述条件所制备的PdN2的拉曼谱图(Raman)。图中拉曼振动峰为PdN2的拉曼特征峰，证明所制备的样品为PdN2。图25给出上述条件制备的PdN2样品的元素分布谱图(Mapping)。证明所制备的样品组分中只含有钯(Pd)和氮(N)两种元素。可以看出制备的PdN2为呈球状的纳米颗粒，粒径为30～80nm。对样品进行同步辐射X射线衍射研究后测得，PdN2纳米颗粒的体积弹性模量为285GPa，比体材料PdN高140GPa，是一种硬度更高的潜在超硬材料。
本实施例利用碳包覆Pd超细纳米颗粒为前驱体在7GPa压力、800K温度下制备出了贵金属氮化物PdN2，与传统方法中58GPa压力、1000K温度相比，大幅降低了反应实验条件，且所制备的纳米级PdN2样品具有更高的体积弹性模量。
实施例5制备氮化铑(RhN2)纳米颗粒的全过程。
第一步，制备Rh纳米颗粒。将Rh金属片(纯度：99.999％)放入直流电弧放电装置反应室的阳极铜锅中。阴极为钨棒(纯度：99.995％)，钨棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氦气10kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为30V,电流为80A，反应时间为5min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氦气10～20kPa进行样品钝化，钝化2小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为Rh纳米颗粒。
图26给出上述条件制备的Rh纳米颗粒的XRD谱图。证明所制备的Rh纳米颗粒属立方相晶体结构，无其他杂质。图27给出上述条件制备的Rh纳米颗粒的SEM谱图，可以看出样品为球状纳米颗粒，粒径为20～40nm，表面光滑，大小均匀。
第二步，制备碳包覆Rh超细纳米颗粒。将上述制备的Rh纳米颗粒粉体压块后放入石墨锅内，再将石墨锅置于直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中，阴极为碳棒(纯度：99.995％)，碳棒阴极与铜锅阳极相对放置。将直流电弧放电装置反应室内抽真空，然后充入氩气30kPa，铜锅内部通入循环冷却水，开始放电。在放电过程中保持电压为18V、电流为120A，反应时间为5min。反应结束后，将反应室内抽真空后再充入氩气10～20kPa进行样品钝化，钝化2小时后，在顶盖内侧收集黑色粉末为碳包覆Rh超细纳米颗粒。
图28给出上述条件制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的EDS谱图。证明所制备的样品组分中只含有碳(C)和铑(Rh)两种元素。图29给出上述条件制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的SEM谱图。可以看出样品为球状核壳结构的纳米颗粒，粒径为5～8nm，表面光滑，大小均匀。图30给出上述条件制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的TEM谱图。可以看出Rh超细纳米颗粒被碳壳包覆。图31给出上述条件制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒的HRTEM谱图。可以看出被碳壳包覆的Rh金属内核晶格条纹清晰，保持单晶纳米颗粒属性，粒径为2～5nm。
第三步，合成氮化铑(RhN2)纳米颗粒。将上述制备的碳包覆Rh超细纳米颗粒置于Mao-Bell型金刚石对顶砧装置(DAC)的样品腔中，金刚石压砧台面直径500μm，样品腔是由铼片中央打孔而成，孔径200μm。利用液氮(N2，纯度：99.999％)作为传压介质，红宝石球作为压力标定物，连同样品一并封入DAC中进行加压，并利用Nd:YLF激光器(功率：55W，波长：1053nm)对样品腔内的样品进行加热。在6GPa压力和900K温度条件下保持6min，合成出贵金属氮化物RhN2。
图32给出上述条件制备的RhN2样品的元素分布谱图(Mapping)。证明所制备的样品组分中只含有铑(Rh)和氮(N)两种元素。可以看出制备的RhN2为呈球状的纳米颗粒，粒径为30～80nm。对样品进行同步辐射X射线衍射研究后测得，RhN2纳米颗粒的体积弹性模量为300GPa，是一种硬度更高的潜在超硬材料。
本实施例利用碳包覆Rh超细纳米颗粒为前驱体在6GPa压力、900K温度下制备出了贵金属氮化物RhN2，与传统方法中制备其他贵金属氮化物相比，大幅降低了反应实验条件，且所制备的纳米级RhN2样品具有很高的体积弹性模量。
综上，本发明方法操作简单，条件相对温和，制备的贵金属氮化物性能优异，本发明为贵金属氮化物纳米材料的制备提供了一个新思路。

Claims (2)

1.一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法，具体步骤为：将碳包覆贵金属超细纳米颗粒置于金刚石对顶砧装置的样品腔中，以液氮作为传压介质，红宝石为压力定标物，利用Nd:YLF激光器对样品进行激光加温，在5~8 GPa压力和800~1100 K温度的条件下反应5~10min，得到贵金属氮化物纳米颗粒；所述的碳包覆贵金属超细纳米颗粒是表面光滑、呈球状并具有核壳结构的纳米颗粒，粒径为5~8 nm，壳层是碳，内核为贵金属超细纳米颗粒单晶，粒径为2~5 nm；
所述的碳包覆贵金属超细纳米颗粒是按下述方法制备的：
第一步，制备贵金属纳米颗粒前驱体，将贵金属薄片放入直流电弧放电装置反应室内的铜锅中作为阳极；将钨棒阴极与贵金属薄片阳极相对放置；带有顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内，并将钨棒阴极与铜锅阳极罩在其中，双层圆筒内部通入循环冷却水；阳极铜锅内部通入循环冷却水；抽真空后，充入10~40 kPa氦气，进行放电反应，保持放电电压为10~30V、电流为60~125 A，反应时间为2~5 min；反应结束后，在氦气中钝化1~5小时；在顶盖内侧收集黑色粉末贵金属纳米颗粒前驱体；
第二步，制备碳包覆贵金属超细纳米颗粒，将第一步所制备的贵金属纳米颗粒前驱体粉体进行压块；将压块置于石墨锅内；再将石墨锅放入直流电弧放电装置反应室内的铜锅阳极中；将碳棒阴极与阳极相对放置；带有顶盖的双层圆筒形的冷凝壁置于反应室内，并将碳棒阴极与铜锅阳极罩在其中，双层圆筒内通循环冷却水；阳极铜锅内部通入循环冷却水；抽真空后，充入10~30 kPa氩气，进行放电反应，保持放电电压为15~25 V、电流为60~120 A，反应时间为1~10 min；反应结束后，在氩气中钝化1~6小时；在顶盖内侧收集黑色粉末，得到碳包覆贵金属超细纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的一种贵金属氮化物纳米材料的制备方法，其特征在于，所述的贵金属是铂、铱、铑或钯。
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