CN113184924A - 一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 - Google Patents
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113184924A CN113184924A CN202110678681.7A CN202110678681A CN113184924A CN 113184924 A CN113184924 A CN 113184924A CN 202110678681 A CN202110678681 A CN 202110678681A CN 113184924 A CN113184924 A CN 113184924A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- entropy
- powder
- layered compound
- temperature
- hem
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
- C01G53/006—Compounds containing, besides nickel, two or more other elements, with the exception of oxygen or hydrogen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
- C01P2002/70—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data
- C01P2002/72—Crystal-structural characteristics defined by measured X-ray, neutron or electron diffraction data by d-values or two theta-values, e.g. as X-ray diagram
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/80—Compositional purity
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
Abstract
Description
技术领域
本发明涉及无机非金属材料,具体涉及一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法。
技术背景
随着二维材料的蓬勃发展,因其可以容易地剥离成单层或少数层,引起人们广泛的关注,尤其是过渡族金属二硫属化物(TMDCs)。TMDCs是可以用化学式MX2表达的一大类化合物,其中M=Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等,X=S,Se,Te。过渡族金属层状化合物一直以来都是凝聚态物理以及材料研究中的热点,无论是在基础研究或是潜在的应用领域都展现出了独特的价值。这类材料具有极其丰富的元素组成和晶体结构,从而展现出极为丰富的物理性质,如超导、电荷密度波、磁性等等。此外,由于过渡族金属层状化合物的层与层之间依靠范德瓦尔斯力结合,这使得在其层间引入不同的客体物质成为了可能,进而可以实现对于其结构与物理性质的调控。
高熵的概念最早是在2004年由叶均蔚等在高熵合金(HEA)体系当中提出的,高熵合金通常是指由五种或五种以上的不同金属元素,等比例或接近等比例组成。高熵材料为新材料探索提供了一条新路径。在过往人们对于高熵层状材料的探索,如高熵氧化物,高熵硫化物等,仅限于对其层内的M原子层进行高熵结构化,而对于其层间间隙位置的高熵结构引入尚未有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固相插层法合成一系列过渡族金属层状化合物(HEM)xMX2的方法,即在MX2层与层之间引入一层高熵原子层,高熵原子层位于层间间隙位置。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种高熵层状化合物,其分子式表达为(HEM)xMX2,其中HEM为元素周期表中可插层的的任意四种或四种以上金属元素的组合,其元素比例可以为等比或非等比,元素总量为x,0<x≤1,M为过渡族金属元素,如Ti、Zr、V、Cr、Nb、Ta、Hf、Mo、W、Pt、Pd、Rh、Ir、Os等,X为S、Se、Te元素中的一种。
进一步地,HEM为Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的四种或五种金属元素的组合,如(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)xTiX2,X为S、Se、Te。
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,包括以下步骤:
1)将M元素粉末、X元素粉末,按照1:2的比例配比,并在研钵中研磨或使用机械球磨等方法使其混合均匀;
2)将混合均匀的粉末压片成型,放入真空石英管中,在高温炉设备中进行烧结,烧结温度不高于1200℃,保温一段时间后自然冷却至室温,获得MX2产物;
3)将HEM粉末与上述MX2产物在研钵中混合均匀,HEM原料可以为任意四种或四种以上金属单质粉末的机械混合或已合金化的高熵合金粉末,将混合好的粉体装入石英管中,真空密封后在高温炉设备中进行二次煅烧,温度先升至500℃-1200℃,保温1-15天后,快速从高温炉设备中取出,将石英管放入水或冰水混合物等物质中进行淬火处理;
4)将淬火后产物从真空石英管中取出,研磨,得到高熵层状化合物。
进一步地,步骤2)中烧结温度为500℃-1200℃,优先为900℃;保温时间为2-48小时,优选为12小时。
进一步地,步骤3)所述二次煅烧,是将温度升至800℃,保温72小时以上。
本发明中首次采用固相插层法合成了一系列的过渡族金属二硫属化物(HEM)xMX2,即在MX2层与层之间引入一层高熵原子层,另外值得一提的是,本发明可以对其插层量进行调控从而得到不同的晶体结构,该系列材料在新能源等应用领域具有巨大潜力,本发明的制备方法简易,反应周期短,成本低,可以获得高纯度的产物。
附图说明
图1为(HEM)xMX2晶体结构图;
图2为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2的X射线粉末衍射精修谱图。
图3为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.333TiS2的X射线粉末衍射精修谱图。
图4为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.5TiS2的X射线粉末衍射精修谱图。
具体实施方式
实施例1
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,包括以下步骤:
①采用纯度为99%的Ti粉,纯度为99%的S粉,按照1:2的比例称量,在研钵中仔细研磨;然后将混合均匀的样品使用压片机压片成型,将样品置于石英管中,抽真空并使用密封,对样品进行烧结:用200分钟从室温升至900℃,保温720分钟,然后自然冷却,取出产物,仔细研磨,获得高纯TiS2粉体。
②采用纯度为99%的FeCoCrNiMn等比高熵合金与①烧结的产物TiS2按照摩尔比为0.2:1在研钵中仔细研磨,使其混合均匀,研磨后的混合物放入石英管中,抽真空并使用密封,再进行终烧:用200分钟从室温升至800℃,保温4320分钟,然后在800℃时,将放入真空石英管产物放入水中进行淬火处理后,将真空石英管打开,取出产物,仔细研磨,获得高纯度的高熵层状化合物(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2相粉体。
③取实施例1制备的化学式为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2样品,采用X射线粉末衍射仪采集其X射线衍射谱图,如图2所示,通过晶体结构精修得到其空间群为仍保留了TiS2的晶体结构对称性,物相为纯相,晶胞参数为所得精修参数为Rp=5.77%,Rwp=7.77%证实晶体结构的可靠性。
综上所述,通过如实施例1所述的方法可以制备得到高纯(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2相。
实施例2
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,包括以下步骤:
①采用纯度为99%的Ti粉,纯度为99%的S粉,按照1:2的比例称量,在研钵中仔细研磨;然后将混合均匀的样品使用压片机压片成型,将样品置于石英管中,抽真空并使用密封,对样品进行烧结:用200分钟从室温升至900℃,保温720分钟,然后自然冷却,取出产物,仔细研磨,获得高纯TiS2粉体。
②采用纯度为99%的Fe粉,纯度为99%的Co粉,纯度为99%的Cr粉,纯度为99%的Ni粉,纯度为99%的Mn粉,按照1:1:1:1:1的比例称量,在研钵中仔细研磨,与①烧结的产物TiS2按照摩尔比为0.45:1在研钵中仔细研磨,使其混合均匀,研磨后的混合物放入石英管中,抽真空并使用密封,再进行终烧:用200分钟从室温升至800℃,保温4320分钟,然后在800℃时,放入水中进行淬火处理后,将真空石英管打开,取出产物,仔细研磨,获得高纯度的高熵层状化合物(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2相粉体。
③取实施例2制备的化学式为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2样品,采用X射线粉末衍射仪采集其X射线衍射谱图,其谱图与实施例1中图2相似。
综上所述,通过如实施例2所述的方法可以制备得到高纯(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.45TiS2。
实施例3
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,包括以下步骤:
①采用纯度为99%的Ti粉,纯度为99%的S粉,按照1:2的比例称量,在研钵中仔细研磨;然后将混合均匀的样品使用压片机压片成型,将样品置于石英管中,抽真空并使用密封,对样品进行烧结:用200分钟从室温升至900℃,保温720分钟,然后自然冷却,取出产物,仔细研磨,获得高纯TiS2粉体。
②采用纯度为99%的Fe粉,纯度为99%的Co粉,纯度为99%的Cr粉,纯度为99%的Ni粉,纯度为99%的Mn粉,按照1:1:1:1:1的比例称量,在研钵中仔细研磨,与①烧结的产物TiS2按照摩尔比为1:3在研钵中仔细研磨,使其混合均匀,研磨后的混合物放入石英管中,抽真空并使用密封,再进行终烧:用200分钟从室温升至800℃,保温4320分钟,然后在800℃时,将放入真空石英管产物放入水中进行淬火处理后,将真空石英管打开,取出产物,仔细研磨,获得高纯高熵层状化合物(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.333TiS2相粉体。
③取实施例3制备的化学式为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.333TiS2样品,采用X射线粉末衍射仪采集其X射线衍射谱图,如图3所示,通过衍射谱图进行物象鉴定并进行多相精修,所得物相的为纯相,其空间群为精修得到其晶胞参数为其晶胞参数相对于TiS2其晶胞参数a和b扩大为倍。其精修参数为Rp=7.10%,Rwp=9.67%,说明所解析晶体结构的可靠性。
实施例4
一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,包括以下步骤:
①采用纯度为99%的Ti粉,纯度为99%的S粉,按照1:2的比例称量,在研钵中仔细研磨;然后将混合均匀的样品使用压片机压片成型,将样品置于石英管中,抽真空并使用密封,对样品进行烧结:用200分钟从室温升至900℃,保温720分钟,然后自然冷却,取出产物,仔细研磨,获得高纯TiS2粉体。
②采用纯度为99%的Fe粉,纯度为99%的Co粉,纯度为99%的Cr粉,纯度为99%的Ni粉,纯度为99%的Mn粉,按照1:1:1:1:1的比例称量,在研钵中仔细研磨,与①烧结的产物TiS2按照摩尔比为1/3:1在研钵中仔细研磨,使其混合均匀,研磨后的混合物放入石英管中,抽真空并使用密封,再进行终烧:用200分钟从室温升至800℃,保温4320分钟,然后在800℃时,将放入真空石英管产物放入水中进行淬火处理后,将真空石英管打开,取出产物,仔细研磨,获得高纯高熵层状化合物(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.5TiS2相粉体。
③取实施例4制备的化学式为(Fe0.2Co0.2Cr0.2Ni0.2Mn0.2)0.5TiS2样品,采用X射线粉末衍射仪采集其X射线衍射谱图,如图4所示,通过衍射谱图进行物象鉴定并进行多相精修,所得物相的为纯相,其空间群为I2/,为单斜晶系,精修得到其晶胞参数为β=90.0684(16)°,其精修参数为Rp=5.77%,Rwp=7.77%,说明所得晶体学参数的可靠性。
需要声明的是,以上所述的仅是本发明的优选实施方式,本发明不限于以上实施例。可以理解,本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化,均应认为包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种高熵层状化合物,其特征在于,所述高熵层状化合物的分子式表达为(HEM)xMX2,其中HEM为元素周期表中的任意四种或四种以上金属元素的组合,元素总量为x,0<x≤1,M为过渡族金属元素,X为S、Se、Te元素中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种高熵层状化合物,其特征在于,HEM为Fe、Co、Cr、Ni、Mn中的四种或五种金属元素的组合,M为Ti、Zr、V、Cr、Nb、Ta、Hf、Mo、W、Pt、Pd、Rh、Ir、Os元素中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种高熵层状化合物,其特征在于,高熵原子层位于层间间隙位置。
4.一种固相插层法制备如权利要求1所述的高熵层状化合物的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)将M元素粉末、X元素粉末,按照1:2的比例混合均匀;
2)将混合均匀的粉末压片成型,放入真空石英管中,在高温炉中进行烧结,烧结温度不高于1200℃,保温一段时间后,自然冷却至室温,得到MX2产物;
3)将HEM粉末与上述MX2产物在研钵中混合均匀得到粉体,然后将粉体装入石英管中,真空密封后在高温炉设备中进行二次煅烧,温度升至500℃-1200℃,保温1-15天后,将石英管从高温炉设备中取出,进行淬火处理;
4)将淬火后产物从真空石英管中取出,研磨,得到高熵层状化合物。
5.根据权利要求4所述的一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,其特征在于,步骤2)中烧结温度为500℃-1200℃。
6.根据权利要求4所述的一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,其特征在于,步骤2)中保温时间为2-48小时。
7.根据权利要求4所述的一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,其特征在于,步骤3)中HEM原料为任意四种或四种以上金属单质粉末的机械混合物,或者已合金化的高熵合金粉末。
8.根据权利要求4所述的一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,其特征在于,步骤3)中所述淬火处理是将石英管放入水或冰水混合物中进行淬火处理。
9.根据权利要求4所述的一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法,其特征在于,步骤3)所述二次煅烧,是将温度升至800℃,保温72小时以上。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110678681.7A CN113184924B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202110678681.7A CN113184924B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113184924A true CN113184924A (zh) | 2021-07-30 |
CN113184924B CN113184924B (zh) | 2022-10-21 |
Family
ID=76976646
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202110678681.7A Active CN113184924B (zh) | 2021-06-18 | 2021-06-18 | 一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113184924B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114804889A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 深圳技术大学 | 一种纳/微米结构过渡金属硼化物高熵陶瓷块体材料及其制备方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102513140A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-27 | 浙江理工大学 | 一种氮掺杂氧化钛光催化剂的制备方法 |
US20170314097A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same |
CN109678512A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-26 | 福建工程学院 | 一种max相导电陶瓷材料及其制备方法 |
CN111606355A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | 盐城工业职业技术学院 | 一种固相反应法制备ws2纳米片的方法 |
CN111809126A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-10-23 | 江苏理工学院 | 一种消除FeCrNiMn四元高熵合金中调幅组织的方法 |
CN112111788A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-22 | 吉林大学 | 一种制备二硫化钛晶体的方法及产物 |
-
2021
- 2021-06-18 CN CN202110678681.7A patent/CN113184924B/zh active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102513140A (zh) * | 2011-11-25 | 2012-06-27 | 浙江理工大学 | 一种氮掺杂氧化钛光催化剂的制备方法 |
US20170314097A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same |
CN109678512A (zh) * | 2019-01-31 | 2019-04-26 | 福建工程学院 | 一种max相导电陶瓷材料及其制备方法 |
CN111606355A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-01 | 盐城工业职业技术学院 | 一种固相反应法制备ws2纳米片的方法 |
CN111809126A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-10-23 | 江苏理工学院 | 一种消除FeCrNiMn四元高熵合金中调幅组织的方法 |
CN112111788A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-12-22 | 吉林大学 | 一种制备二硫化钛晶体的方法及产物 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
M. INOUE, ET AL.: ""Low field ac magnetic susceptibility measurements of intercalation compounds MxTiS2(M=3d transition metals)"", 《JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS》 * |
MASASI INOUE, ET AL.: ""Cointercalation of Fe and Co Atoms into TiS2 Layers"", 《MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS SCIENCE AND TECHNOLOGY. SECTION A. MOLECULAR CRYSTALS AND LIQUID CRYSTALS》 * |
胡志立等: ""插层化合物Cu0.38NbSe2的固相合成及其摩擦学性能研究"", 《稀有金属》 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114804889A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-07-29 | 深圳技术大学 | 一种纳/微米结构过渡金属硼化物高熵陶瓷块体材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113184924B (zh) | 2022-10-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Woodward et al. | Order-disorder in A2M3+ M5+ O6 perovskites | |
Fu et al. | New high Q low-fired Li2Mg3TiO6 microwave dielectric ceramics with rock salt structure | |
Xu et al. | High pressure and high temperature study the phase transitions of BiNbO4 | |
Fan et al. | Kinetic evaluation of combustion synthesis 3TiO2+ 7Al→ 3TiAl+ 2Al2O3 using non-isothermal DSC method | |
Conze et al. | Magnéli phases Ti4O7 and Ti8O15 and their carbon nanocomposites via the thermal decomposition-precursor route | |
CN113184924B (zh) | 一种固相插层法制备高熵层状化合物的方法 | |
Merz et al. | Formation of Mn2AlB2 by induction-assisted self-propagating high-temperature synthesis | |
Su et al. | Effects of Sb-doping on the formation of (K, Na)(Nb, Sb) O3 solid solution under hydrothermal conditions | |
CN109678512B (zh) | 一种max相导电陶瓷材料及其制备方法 | |
Zheng et al. | Hydrothermal synthesis and characterization of perovskite-type Ba2SbMO6 (M= In, Y, Nd) oxides | |
Niewa et al. | High-pressure high-temperature phase transition of γ′-Fe4N | |
CN101407340A (zh) | 一种铁砷化合物高温超导体晶体及其制备方法 | |
Delgado et al. | SYNTHESIS AND CHARACTERIZATION OF THE TERNARY CHALCOGENIDE COMPOUND Cu 3 NbTe 4. | |
Rahman et al. | Enhanced ferroelectric, piezoelectric, and dielectric properties in potassium sodium niobate lead-free piezoelectric ceramics by constructing of multiple phase boundaries | |
Mazurek et al. | Structure and hyperfine interactions of Bi9Ti3Fe5O27 multiferroic ceramic prepared by sintering and mechanical alloying methods | |
Yamada et al. | Direct observation of negative thermal expansion in SrCu3Fe4O12 | |
Brown et al. | New Compounds In3Ti2AO10, In6Ti6BO22, and Their Solid Solutions (A: Al, Cr, Mn, Fe, or Ga; B: Mg, Mn, Co, Ni, Cu, or Zn): Synthesis and Crystal Structures | |
Zhang et al. | Phase transition and negative thermal expansion properties in isovalently substituted In2− xScx (MoO4) 3 ceramics | |
Li et al. | The Sintering Process and Superconductivity of Polycrystalline Milled Fe–Se | |
Sedghi et al. | EFFECT OF FABRICATION PARAMETERS ON SYNTHESIS OF Ti, AlC AND Ti, AIC, MAX PHASES BY MASHS | |
Zhang et al. | Enhanced negative thermal expansion property in (KMg) xSc2-x (WO4) 3 ceramics synthesized by solid–state reaction | |
CN113387335A (zh) | 一系列多层高熵结构化合物及其制备方法 | |
Culligan et al. | Mechanochemically assisted preparation of lithium nitridometallates | |
Gayatri et al. | The influence of magnesium particle size on the Mg2Si alloy formation | |
Chandra et al. | Mg2Si INTERMETALLIC ALLOYS: PHASE GROWTH AND MICROSTRUCTURE |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |