CN114751750A - 中熵max相材料及中熵二维材料及其制备方法和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种中熵MAX相材料及中熵二维材料及其制备方法和用途，其中，该中熵MAX相材料其化学通式为Mn+1AXn，其特征在于，M元素为选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种，其中A元素为选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6。将该中熵MAX相材料中的A组分刻蚀后能够得到中熵二维材料，本发明通过引入能够固溶的多组元过渡金属，诱导结构产生晶格畸变，优化电子结构，从而制备得到能够稳定存在单一相的中熵MAX相材料和中熵二维材料。

Description

中熵MAX相材料及中熵二维材料及其制备方法和用途
本申请要求2021年1月8日向中国专利局提交的、申请号为202110023870.0、发明名称为“中熵MAX相材料、中熵二维材料及其制备方法”该件申请的内容通过引用结合在本发明中。
技术领域
本发明涉及新材料领域，尤其涉及中熵MAX相材料及中熵二维材料及其制备方法和用途。
背景技术
MXene二维材料是从MAX相中选择性刻蚀A组分得到的，最早报道的刻蚀MAX相得到MXene的方法是氢氟酸，采用氢氟酸刻蚀Ti3AlC2刻蚀得到了MXene Ti3C2。由于氢氟酸具有高的毒性、腐蚀性和环境危害性，研究人员又开发了盐酸+氟化盐体系进行刻蚀MAX相，成功制备了一系列的MXene。2020年，中科院宁波材料所的黄庆教授团队采用熔融氯化盐的方法刻蚀MAX相，制备得到了含有Cl官能团的一系列MXene如Cl-Ti3C2，Cl-Ti2C和Cl-Ti3CN等。到目前为止，已经有超过19种MXene包括Ti3C2，Ti2C，Nb2C，Nb4C3，Ta4C3，Ti3CN、V4C3、(Mo2/3Y1/3)2C等被成功制备，极大的丰富了二维材料的大家族。然而，所制备的MXene中的过渡金属元素组成最多只能达到二元，这极大的限制了MXene二维材料的发展。
MXene二维材料的组成元素高度依赖与其前驱体MAX相，其分子式为Mn+1AXn，n＝1、2或3，M指的是过渡金属元素，包括Sc、Y、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W等；A主要是指第三、第四和第五主族的元素，如Al、Ga、In、Tl、Si、Ge、Sn、Pb等；X表示C或者N。MAX相材料作为陶瓷材料的一种，拥有陶瓷的高机械强度，高导热性，并且，得益于其特殊的层状结构，其拥有良好的导电性，在电化学领域也有广泛的应用。另一方面又具由于其具有陶瓷材料的抗腐蚀、抗氧化等特性，因而被称为金属陶瓷。到目前为止，已经有超过155种MAX相被报道，其中大多是单组元MAX相(即其中M仅为一种金属元素)，MAX相材料中多组元过渡金属的MAX相仍然局限在二元的部分MAX相，如TiNbAlC，Mo2TiAlC2，Mo2Ti2AlC2和(W2/3Y1/3)2AlC。除了M、A、X位点是单元素的MAX相外，最近有学者合成了固溶MAX相，Hamm等人通过对Cr2AlC的M位引入少量Fe元素，合成了(V1–xFex)2AlC实现了对MAX相磁性的调控；Nechiche对A位点引入Bi元素合成了Zr2(Al0.42Bi0.58)C；Cabioc等人对X位点进行处理得到了Ti2AlC1-xNx。不仅如此，以Liu,Z等人为代表的学者还发现了有序MAX相，包括面外有序MAX相(o-MAX)和面内有序MAX相(i-MAX)。虽然MAX相家族的成员很多，由于单相或双相的MAX相可选的合成范围太窄，其数量的发展已经接近停滞。
根据熵的计算公式S＝RlnN，(S代表熵，R代表气体摩尔常数，N代表金属组元数)，当3≤N＜5即1.1R≤S＜1.61R时所制备的材料才为中熵材料。根据理论计算，中熵材料吉布斯自由能较高，导致中熵材料在高温条件下易分解或分相，从而无法制备得到单一相结构的中熵材料。
发明内容
本发明针对单一相结构的中熵材料难以合成的技术问题，第一方面提供一种中熵MAX相材料，所述中熵MAX相材料的化学通式为Mn+1AXn，由M元素、A元素和X元素组成，其中，M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的元素；其中，A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种；n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施方式中，上述M元素包括：Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo；
在一些实施方式中，上述A元素选自铝、镓、铟、铅、硅、锗或锡中至少一种元素；
在一些实施方式中，上述M元素中含有Pt、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu、Bi、V、Hf、W或Mo元素中的一种或多种。
本发明第二方面还提供一种中熵MAX相材料，上述中熵MAX相材料的化学通式为Mn+1AXn，由M元素、A元素和X元素组成，其中，M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，其中，A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种；n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施方式中，上述M元素选自Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的三种或四种元素；和/或，上述A元素为铝元素；和/或，上述X元素为碳和/或氮元素。
本发明第三方面还提供一种上述的中熵MAX相材料的制备方法，包括步骤：配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；烧结步骤：将所述原料在保护气氛下或真空环境下，预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料。
在一些实施方式中，在上述配料步骤的原料需求量中，上述M元素、上述A元素和上述X元素的摩尔比为(n+1)∶(1.05～1.2)∶n；和/或，烧结温度介于800℃～1500℃之间。
本发明第四方面还提供另一种上述的中熵MAX相材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；烧结步骤：将上述原料在保护气氛或真空的条件下，在预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；其中，上述原料中包括：至少一种原料MAX相，所述原料MAX相中，M元素的元素种类数为1至3。
在一些实施方式中，上述原料中还包括：A元素和X元素的化合物，或，M元素与X元素的化合物；和/或，上述原料中包括：M元素的单质、A的单质或X的单质；和/或，上述原料全部为MAX相材料。
本发明第五方面还提供另一种上述的中熵MAX相材料的制备方法，包括步骤：配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；烧结步骤：将上述原料在保护气氛或真空的条件下，在预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；其中，所述原料中包括：A元素和X元素的化合物，或，M元素与X元素的化合物；和/或，上述原料中包括：M元素的单质、A元素的单质或X元素的单质。
本发明第六方面还包括采用上述的制备方法得到的中熵MAX相材料。
本发明第七方面还提供一种中熵二维材料，具有二维片层结构，其化学通式为Mn+ 1Xn，由M元素、A元素和X元素组成，M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的元素，所述X元素选自碳、氮、硼和氧元素中至少一种，且n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施方式中，上述M元素包括：Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo；和/或，所述二维片层结构的厚度介于1nm至20nm之间；和/或，上述中熵二维材料含有官能团包括：-F、-Cl、-Br或-I的一种或多种。
本发明第八方面还提供一种中熵二维材料，所述中熵二维材料的化学通式为Mn+ 1Xn，由M元素和X元素组成，其中，所述M元素选自Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的三种或四种元素；所述A元素为Al元素；所述X元素为碳和/或氮元素。
本发明第九方面还提供一种中熵二维材料，将上述的中熵MAX相材料中的A元素刻蚀得到。
本发明第十方面还提供一种中熵二维材料的制备方法，将上述的中熵MAX相材料中的A元素刻蚀得到；优选地，所述刻蚀用的刻蚀剂为氢氟酸溶液、酸溶液+氟化盐体系、或卤族金属盐；或，所述刻蚀用的刻蚀剂为气相的卤族单质、卤族氢化物、氮族氢化物中的一种或多种；和/或，所述刻蚀的反应温度介于500℃至1200℃之间；和/或，时间介于5min至100h；和/或，所述中熵二维材料的片层厚度介于1nm至20nm之间。
本发明第十一方面还提供上述中熵二维材料，或上述的制备方法得到的中熵二维材料，在催化、传感器、电子器件、超级电容器、电池、电磁屏蔽、吸波材料、耐腐蚀材料、或超导材料的应用。
附图说明
图1-1本发明实施例1-4中，中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的SEM照片；
图1-2本发明实施例1-4中，中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的XRD谱图；
图1-3本发明实施例1-4中，中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC与TiNbAlC的的XRD谱图；
图1-4本发明实施例1-4中，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的STEM照片(a)及原子分布图(b～h)；
图1-5本发明实施例1-4中，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的ATM照片及厚度分析图(b)；
图1-6本发明实施例1-5中，中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的SEM照片；
图1-7本发明实施例1-5中，中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的XRD谱图；
图1-8本发明实施例1-5中，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的HRTEM照片；
图1-9本发明实施例1-5中，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx STEM照片(a)及的原子分布图(b～g)；
图1-10本发明实施例1-5中，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的ATM照片及厚度分析图(b)；
图1-11本发明实施例1-6中，中熵二维材料(TiNbFe)2C的原子结构示意图；
图2-1为本发明实施例2-1的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-2为本发明实施例2-2的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-3为本发明实施例2-3的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-4为本发明实施例2-4的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-5为本发明实施例2-5的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-6为本发明实施例2-6的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-7为本发明实施例2-7的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-8为本发明实施例2-8的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-9为本发明实施例2-9的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-10为本发明实施例2-10的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-11为本发明实施例2-11的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-12为本发明实施例2-12的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-13为本发明实施例2-13的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像；
图2-14为本发明实施例2-14的中熵MAX相材料的(a)XRD图谱(b)SEM图像。
具体实施方式
以下通过具体实施例说明本发明的技术方案。应该理解，本发明提到的一个或者多个步骤不排斥在所述组合步骤前后还存在其他方法和步骤，或者这些明确提及的步骤间还可以插入其他方法和步骤。还应理解，这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的目的，而非限制每个方法的排列次序或限定本发明的实施范围，其相对关系的改变或调整，在无实质技术内容变更的条件下，亦可视为本发明可实施的范畴。
实施例中所采用的原料和仪器，对其来源没有特定限制，在市场购买或者按照本领域内技术人员熟知的常规方法制备即可。
以下内容记载于申请号为202110023870.0、发明名称为“中熵MAX相材料、中熵二维材料及其制备方法”的专利申请中：
本发明针对中熵MAX相材料和中熵二维材料制备过程中易分解或分相，难以制备单一相的技术问题，本发明一方面提供一种中熵MAX相材料，其化学通式为Mn+1AXn，M元素为选自三或四种过渡金属元素和镧系元素，其中，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素和镧系元素；A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、IIB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施例中，M元素中至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素和镧系元素，包括：Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo。
在一些实施例中，A为铝、镓、铟、铅、硅、锗、锡和硫至少一种元素。
本发明还提供一种中熵MAX相材料的制备方法，包括步骤：
配料步骤：按照MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；
烧结步骤：将原料在保护气氛下或真空环境下，预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；其中，
MAX相材料的化学通式为Mn+1AXn，M元素为选自三或四种过渡金属元素和镧系元素，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素和镧系元素；A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、IIB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼和氧元素中至少一种，且n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施例中，在配料步骤的原料需求量中，M元素、A元素和X元素的摩尔比为(n+1)∶(1.05～1.2)∶n。
在一些实施例中，烧结步骤中，烧结温度介于800℃～1500℃之间。
本发明还提供一种中熵二维材料具有二维片层结构，其化学通式为Mn+1AXn，M元素为选自三或四种过渡金属元素和镧系元素，其中M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素和镧系元素，X为碳、氮、硼和氧元素中至少一种，且n为1、2、3、4、5或6。
在一些实施例中，至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素包括Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo。
在一些实施例中，A为铝、镓、铟、铅、硅、锗、锡和硫至少一种元素。
在一些实施例中，二维片层结构的厚度介于1nm至20nm之间。
在一些实施例中，中熵二维材料的表面含有官能团包括：-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种。
本发明还提供一种中熵二维材料的制备方法，包括：
制备MAX相步骤：采用上述本发明中熵MAX相材料的制备方法制备得到中熵MAX相材料；
刻蚀步骤：将中熵MAX相材料与刻蚀剂发生反应，使刻蚀剂选择性刻蚀掉MAX中的A组分，得到中熵二维材料。
在一些实施例中，刻蚀剂为氢氟酸溶液、酸溶液+氟化盐体系、或卤族金属盐。
在一些实施例中，刻蚀步骤中，刻蚀剂为气相的卤族单质、卤族氢化物、氮族氢化物中的一种或多种。
在一些实施例中，刻蚀步骤中，刻蚀反应温度介于500℃至1200℃之间。
本发明还包括中熵二维材料在催化、传感器、电子器件、超级电容器、电池、电磁屏蔽、吸波材料或超导材料的应用。
本发明通过在MAX相材料中引入能够固溶的多组元过渡金属(原子半径和d轨道电子数不同)，诱导结构产生晶格畸变，优化电子结构，从而制备得到能够稳定存在单一相的中熵MAX相材料，以及以中熵MAX相材料为前躯体制备得到中熵二维材料，进一步扩充了MAX相和二维材料的种类，加深中熵材料的理论研究并推动中熵MAX相材料和中熵二维材料走向实际应用。
实施例1-1
本实施例提供一种中熵MAX相材料，其化学通式为Mn+1AXn，M元素为选自三或四种过渡金属元素和镧系元素，其中，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素或镧系元素；A为选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X为碳、氮、硼或氧元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6，分别对应“211”构型、“312”构型、“413”构型、“514”构型、“615”构型和“716”构型MAX相。
其中，M过渡金属元素选自于IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB族元素，通常地，M元素包括但不限于：钪(Sc)，钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)，以及镧系元素(镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥)中的三种或四种；A元素包括但不限于：铝、硅、磷、硫、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、砷、硒、钌、铑、钯、镉、铟、锡、锑、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅、铋、钋或砹中的一种或多种；其中，A为铝、镓、铟、铅、硅、锗、锡或硫中至少一种元素的MAX相材料较为易于制备。
本发明中，M元素中至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素或镧系元素，包括但不限于：Ti、Nb；和/或，Zr、Ta；和/或，Zr、V；和/或，Pt、Au；和/或，W、Mo。
本发明还包括一种中熵二维材料(中熵MXene)，将本发明的中熵MAX相材料与刻蚀剂发生反应，使所述刻蚀剂选择性刻蚀掉MAX中的A组分，得到具有二维片层结构的中熵二维材料，其化学通式为Mn+1Xn，该中熵二维材料中M元素和X元素保留前躯体中熵MAX相材料的特征，其中，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素或镧系元素；X为碳、氮、硼或氧元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6。
二维片层结构是三维结构中的一维方向上达到纳米尺寸(1nm～100nm)，具有二维片层结构的这类材料被称为二维材料，因其载流子迁移和热量扩散都被限制在二维平面内，使得这种材料在展现出许多奇特的性质，比如该类材料具有高的比表面积，二维片层结构上具有大量的原子暴露，掺杂功能性的原子，该些功能性原子在二维片层结构上同样会产生大量原子暴露，从而赋予二维材料新的性能，例如，在中熵二维材料中M元素包含有催化性能的金属原子(Pt、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu或Bi)，该些原子在本发明的中熵二维材料的二维片层结构的表面具有大量的原子暴露，该些大量暴露的原子能够赋予本发明的中熵二维材料优异的催化性能；又例如，在中熵二维材料中M元素包含有抗腐蚀性能的金属原子(Pt、Au、V、Hf、W、Mo或Ag)，能够赋予本发明的中熵二维材料优异的抗腐蚀性能。
在一些实施例中，本发明的中熵二维材料，其二维片层结构是指具有1～20原子层厚度，或者，厚度介于1nm至20nm之间。本发明的中熵二维材料表现出超薄的特征，相同的材料量上具有更大的比表面积，使得二维材料上的金属原子能够产生大量的原子暴露。
在一些实施例中，本发明的中熵二维材料的表面含有官能团，包括：-F、-Cl、-Br或-I中的一种或多种。本发明的中熵二维材料通过刻蚀剂选择性的刻蚀中熵MAX相材料中的A组分得到，其中优选的刻蚀剂为含有卤素的酸、金属盐或气体，得到的中熵二维材料的表面含有相应的卤素官能团，该些卤素官能团具有较高的活性，易于进行官能团的替代反应，实现对本发明的中熵二维材料改性。
本发明通过在MAX相材料中引入能够固溶的多组元过渡金属(原子半径和d轨道电子数不同)，诱导结构产生晶格畸变，优化电子结构，从而制备得到能够稳定存在单一相的中熵MAX相材料，以及以中熵MAX相材料为前躯体制备得到中熵二维材料，进一步扩充了MAX相和二维材料的种类，加深中熵材料的理论研究并推动中熵MAX相材料和中熵二维材料走向实际应用。
实施例1-2
本实施例提供一种中熵MAX相材料的制备方法，包括步骤：
配料步骤：按照MAX相材料的化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；
烧结步骤：将称取的原料在保护气氛下或真空环境下，在预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；其中，MAX相材料中M元素为三或四种过渡金属元素和镧系元素，其中，M元素中含有至少两种能够形成固溶体的过渡金属元素或镧系元素；A元素为选自ⅦB、Ⅷ，ⅠB，ⅡB，IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6。
在烧结步骤中的高温条件下，加入的至少2种金属粉原料能够优先共熔，形成一种均相生成环境，有利于不同半径大小的原子在其中自由移动排布；共熔原子在后续反应过程中，与非金属元素直接化合，形成具有层状结构的单一相过渡金属化合物。根据电子平衡理论，M元素中的金属元素的d电子轨道电子互相匹配，满足单一相过渡金属化合物的电子平衡。
在较佳地实施例中，在配料步骤中，按照原料中M元素、A元素和X元素的摩尔比为(n+1)∶(1.05～1.2)∶n确定各原料的需求量。由于在烧结步骤中，高温反应的过程中容易形成MX相的碳化物，A组分适当的过量可以降低反应过程中MX的产量，从而有效地提高MAX相的纯度。
在较佳地实施例中，在配料步骤与烧结步骤之间，还包括有原料研磨步骤：将需求量的各原料混合后进行研磨，较佳地，研磨后的原料的粒径范围介于1nm至20μm之间，更优选地粒径范围介于10nm～500nm之间，通过研磨将原料颗粒细化并混合均匀，有利于烧结步骤中形成均相MAX相材料。具体实施中，研磨步骤优选为球磨装置，采用球磨的方式进行研磨，较佳地球磨实施条件为球料质量比为1∶1～30∶1，球磨速度为50r/min～600r/min，球磨时间为1h～120h。
具体实施中，烧结步骤较佳的实施条件为，烧结温度介于800℃～1500℃之间，烧结时间介于10min～120min之间。
在一些实施方式中，烧结步骤之后，还包括产物研磨步骤：将烧结后得到的中熵MAX相材料进一步研磨得到中熵MAX相材料的粉体。
实施例1-3
本实施例提供一种中熵二维材料的制备方法，包括：
制备MAX相步骤：采用实施例2中，中熵MAX相材料的制备方法制备得到中熵MAX相材料，此处不再赘述；
刻蚀步骤：将中熵MAX相材料与刻蚀剂发生反应，使所述刻蚀剂选择性刻蚀掉MAX中的A组分，得到中熵二维材料。
可选地，刻蚀剂为氢氟酸溶液，氢氟酸质量浓度可以介于1％～50％，反应的温度介于0～100℃，反应时间介于5min～100h；可选地，刻蚀剂为酸溶液+氟化盐体系，其中，酸溶液可以为盐酸、硫酸、硝酸和磷酸中的一种或多种，采用的氟化盐可以为氟化锂、氟化钠、氟化钾和氟化铵中的一种或多种，反应的温度介于0～100℃，反应时间介于5min～100h；可选地，刻蚀剂为卤族金属盐，其中，卤族金属盐可以为FeCl3，CoCl2，NiCl3，CuCl2，ZnCl2，CdCl2，FeBr3，CoBr2，NiBr3，CuBr2，ZnBr2，CdBr2，FeI3，CoI2，NiI3，CuI2，ZnI2，CdI2等中的一种或多种，金属卤化盐与中熵MAX相材料在保护气氛下或真空下，在100℃～1500℃温度范围内进行刻蚀反应。
可选地，刻蚀剂为气相的卤族单质、卤族氢化物、氮族氢化物中的一种或多种，该些单质或氢化物气体能够在一定的反应条件下与MAX相材料中的A组分发生反应生成气相产物并从反应体系中脱除，从而实现A组分的部分或全部刻蚀，得到含有MX的二维材料，该些MX二维材料不含有固体杂质，具有高纯度的优异特点。优选地，卤族单质，包括Br2或I2；卤族氢化物，包括HF、HCl、HBr或HI；氮族氢化物，包括NH3或H3P。优选地，刻蚀反应温度介于500℃至1200℃之间。通过具有气相的刻蚀剂与MAX相材料发生反应，能够直接获得高纯度的中熵二维材料，避免了液相法(酸液刻蚀)中还需要反复的清洗、超声以及离心分离、干燥等步骤，极大简化了制备工艺。
实施例1-4
本实施例以制备中熵MAX相材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2为例，进一步说明本发明的技术特点，其中，根据两相相图，M元素中Ti与Nb能够实现固熔，Ta与Zr能够实现固熔。
制备中熵MAX相材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC，包括步骤：
1)配料步骤：将过渡金属粉、铝粉和鳞片石墨按照化学计量比(摩尔比)为2:1.2:1的比例混合均匀，其中过渡金属粉的组成为Ti、Nb、Ta、Zr，其摩尔比例为Ti:Nb:Ta:Zr＝1:1:1:1；
2)研磨步骤：将粉体混合混匀后置于玛瑙球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为600rpm，球磨时间为20h；
3)烧结步骤：将球磨后的混合物粉末置于管式炉中，在氩气作保护气下，加热至1500℃烧结10min，自然冷却至室温后得到中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC。
本实施例中，采用浓盐酸+氟化锂(LiF)体系作为刻蚀剂，制备中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2，包括步骤：
取40ml浓盐酸，2g LiF混合均匀后作为刻蚀剂，取1g制备所得的中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC置于刻蚀剂中，在50℃条件下反应24h，反应结束后进行离心分离、水洗并干燥处理得到中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，其中Tx代表表面官能团。
对中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx分别进行扫描电镜(SEM)测试，结果如图1-1a和b所示，通过对比可见，(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC的形貌为三维块状结构，而中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx形貌为二维纳米片，具有超薄、柔软的结构特点，这表明中熵MAX(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC在盐酸+LiF刻蚀剂中发生反应刻蚀了中熵MAX相中的A组分，得到了对应的中熵二维材料。对中熵MAX(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx分别进行X射线衍射(XRD)分析，结果如图1-2所示，通过对比，原料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC中的(002)峰出现在12.2°位置处，而与盐酸+LiF刻蚀剂反应后的目标产物中的(002)峰向低角度偏移至了7.4°，这说明盐酸+LiF刻蚀剂在反应过程中刻蚀了(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC中的Al元素，生成了片层状结构的MXene(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，导致了层间距的扩大，这与(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的扫描电镜照片结果相一致，通过图1-3的XRD谱图还可以看出，合成的中熵MAX相的衍射峰，分别与已报道的单一相的TiNbAlC一致，且无其他碳化物的杂质峰出现，说明得到的中熵MAX相为单一相，相应地，以中熵MAX相为前躯体制备得到的中熵二维材料也为单一相。目标产物(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的扫描透射电镜(STEM)照片图1-4a看出透明的二维纳米片结构，表明二维(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx具有超薄、柔软的结构特点，原子分布图(图1-4b～h)中该二维纳米片中具有均匀的Ti、Nb、Ta、Zr、C、O和F元素分布，说明得到的目标产物是含有-O，-F官能团的中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，并且二维片层的表面存在大量的原子暴露。通过原子力显微镜AFM测试(如图1-5a和b所示)，制备得到的中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的厚度为7.2nm～16.7nm，具有超薄二维纳米片结构。
实施例1-5
本实施例中，以实施例4中制备的中熵MAX相(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC为原料，采用商用的液化HI气体作为刻蚀剂，包括步骤：
1)在管式炉内部放置粉末状的(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC；
2)向管式炉内部通入HI气体一段时间，使反应装置内的反应腔体中充满HI气体后，密闭反应腔体；
3)将反应装置内部升温至700℃，并保温30min，进行刻蚀反应，得到目标产物中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx(中熵MXene)。
待反应装置自然降温至室温后，取出目标产物。对(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC与HI反应后的中熵MXene(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx两种目标产物分进行SEM测试，结果如图1-6所示，反应后的目标产物出现了明显的手风琴层状结构(图1-6b)，该手风琴结构具有明显的层层堆叠的膨胀结构，目标产物中还存在大量的二维纳米片，这明显不同于原料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC的层状块体形貌(图1-6a)。对(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC和中熵MXene(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx进行XRD分析，结果如图1-7所示，通过对比，原料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC中的(002)峰出现在12.2°位置处，而与氯化氢反应后的目标产物中的(002)峰向低角度偏移至了10°，这说明HI气体在气相反应中刻蚀了(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2AlC中的Al元素，生成了片层状结构的中熵MXene(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，导致了层间距的扩大，这与扫描电镜照片结果相一致，可以看出该中熵MXene具有良好的晶体结构和超薄的二维片层结构。通过图1-7的XRD谱图还可以看出，合成的中熵MAX相的衍射峰，分别与已报道的单一相的TiNbAlC一致，且无其他碳化物的杂质峰出现，说明得到的中熵MAX相为单一相，相应地，以中熵MAX相为前躯体制备得到的中熵二维材料也为单一相。通过高分辨电镜照片HRTEM(图1-8)，中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx呈现出规则的原子排列和几乎透明的特点。目标产物中熵MXene(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的STEM图(图1-9a)中有大量的二维超薄纳米片，表明手风琴的(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx可以通过简单剥离得到大量二维纳米片，该二维纳米片中具有均匀的Ti、Nb、Ta、Zr、C和I元素分布(图9b～g)，说明得到的目标产物是含有I官能团的中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，并且二维片层的表面存在大量的原子暴露。通过原子力显微镜AFM测试(如图1-10a和b所示)，本实施例制备得到的中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx的厚度在1nm左右。由于气相法制备得到的中熵二维材料(Ti0.25Nb0.25Ta0.25Zr0.25)2CTx，由于气相更易于进入层状MAX相材料的间隙中，与液相法刻蚀相比，更易于制备得到大量单层超薄的中熵二维材料。
实施例1-6
本实施例以制备中熵MAX相材料(TiNbFe)2AlC和中熵二维材料(TiNbFe)2C为例，进一步说明本发明的技术特点，其中，根据两相相图，M元素中Ti与Nb能够实现固熔。
制备中熵MAX相材料(TiNbFe)2AlC，包括步骤：
1)配料步骤：将过渡金属粉、铝粉和鳞片石墨按照化学计量比(摩尔比)为2:1.2:1的比例混合均匀，其中过渡金属粉的组成为Ti、Nb、Fe，其摩尔比例为Ti:Nb:Fe＝1:1:1；
2)研磨步骤：将粉体混合混匀后置于玛瑙球磨罐中进行球磨处理，球磨转速为600rpm，球磨时间为20h；
3)烧结步骤：将球磨后的混合物粉末置于管式炉中，在氩气作保护气下，加热至1000℃烧结120min，自然冷却至室温后得到中熵MAX相(TiNbFe)2AlC。
采用浓盐酸+LiF作为刻蚀剂，与实施例4中相同的方法刻蚀中熵MAX相(TiNbFe)2AlC，得到中熵二维材料(TiNbFe)2C，其二维片层的原子结构示意图如图1-11所示，其中，中熵二维材料(TiNbFe)2C的二维片层结构上分布有大量单原子排布的Fe原子，该些Fe原子具有催化作用，制备得到的中熵二维材料(TiNbFe)2C可以作为一种催化材料。
以下内容为本申请人在优先权期限内对在先申请文件的补充实施例：
实施例2-1
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Nb1/3Ta1/3Zr1/3)2AlC的制备方法，通过混合三种MAX相后高温烧结制备得到，其中，三种MAX分别为Nb2AlC,Ta2AlC和Zr2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1称取对应质量的三种MAX相Nb2AlC,Ta2AlC和Zr2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-1a所示，在12.6度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-1b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Nb1/3Ta1/3Zr1/3)2C。
实施例2-2
本实施例提供一种新型中熵MAX相材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Zr1/4)2AlC的制备方法，通过混合中熵MAX相与一元MAX相高温烧结制备得到，其中，原料中熵MAX相为(Nb1/3Ta1/ 3Zr1/3)2AlC，其他MAX相为Ti2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比3:1称取对应质量的中熵MAX相(Nb1/3Ta1/3Zr1/3)2AlC与Ti2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-2a所示，在12.3度左右出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-2b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Zr1/4)2C。
实施例2-3
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4V1/4)2AlC的制备方法，通过混合四种MAX相高温烧结制备得到，其中，四种MAX相分别为Ti2AlC,Nb2AlC,Ta2AlC,V2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比1:1:1:1称取对应质量的四种MAX相Ti2AlC,Nb2AlC,Ta2AlC,V2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末体转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-3a所示，在12.8度左右出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-3b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4V1/4)2C。
实施例2-4
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Hf1/4)2AlC的制备方法，通过混合四种MAX相高温烧结制备得到，其中，四种MAX相分别为Ti2AlC,Nb2AlC,Ta2AlC,Hf2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比1:1:1:1称取对应质量的四种MAX相Ti2AlC,Nb2AlC,Ta2AlC,Hf2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末体转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-4a所示，在12.6度左右出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-4b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Hf1/4)2C。
实施例2-5
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/4Nb1/4Zr1/4Hf1/4)2AlC的制备方法，通过混合四种MAX相高温烧结制备得到，其中，四种MAX相分别为Ti2AlC,Nb2AlC,Zr2AlC,Hf2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比1:1:1:1称取对应质量的四种MAX相Ti2AlC,Nb2AlC,Zr2AlC,Hf2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末体转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-5a所示，在12.7度左右出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-5b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Zr1/4Hf1/4)2C。
实施例2-6
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/3Nb1/3Ta1/3)2AlC的制备方法，通过混合三种MAX相后高温烧结制备得到，其中，三种MAX分别为Ti2AlC,Nb2AlC和Ta2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1称取对应质量的三种MAX相Ti2AlC,Nb2AlC和Ta2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-6a所示，在12.6度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-6b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/3Nb1/3Ta1/3)2C。
实施例2-7
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/3Nb1/3Zr1/3)2AlC的制备方法，通过混合两种MAX相后高温烧结制备得到，其中，两种MAX分别为TiNbAlC和Zr2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)2:1称取对应质量的两种MAX相TiNbAlC和Zr2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-7a所示，在12.4度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-7b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/3Nb1/3Zr1/3)2C。
实施例2-8
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4V1/4)2AlC1/2N1/2的制备方法，通过混合四种MAX相后高温烧结制备得到，其中，四种MAX分别为Ti2AlN,Nb2AlC,Ta2AlC和V2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1:1称取对应质量的四种MAX相Ti2AlN,Nb2AlC,Ta2AlC和V2AlC粉末，粉末研磨混合均匀后10MPa冷压5min；
2)将冷压块体转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-8a所示，在12.9度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-8b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4V1/4)2C1/2N1/2。
实施例2-9
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Nb1/3Zr1/3V1/3)2AlC的制备方法，通过混合三种MAX相后高温烧结制备得到，其中，三种MAX分别为Nb2AlC,Zr2AlC和V2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1称取对应质量的三种MAX相Nb2AlC,Zr2AlC和V2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-9a所示，在12.9度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-9b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Nb1/3Zr1/3V1/3)2C。
实施例2-10
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Nb1/4Ta1/4Zr1/4V1/4)2AlC的制备方法，通过混合四种MAX相后高温烧结制备得到，其中，四种MAX分别为Nb2AlC,Ta2AlC,Zr2AlC和V2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1:1称取对应质量的四种MAX相Nb2AlC,Ta2AlC,Zr2AlC和V2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-10a所示，在12.7度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-10b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Nb1/4Ta1/4Zr1/4V1/4)2C。
实施例2-11
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(V1/3Ta1/3Zr1/3)2AlC的制备方法，通过混合三种MAX相后高温烧结制备得到，其中，三种MAX分别为V2AlC,Ta2AlC和Zr2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1称取对应质量的三种MAX相V2AlC,Ta2AlC和Zr2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-11a所示，在13度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-11b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(V1/3Ta1/3Zr1/3)2C。
实施例2-12
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Zr1/4)2AlC1/2N1/2的制备方法，通过混合一种中熵MAX相和其他MAX相后高温烧结制备得到，其中，一种中熵MAX相为(Nb1/ 3Ta1/3Zr1/3)2AlC，其他MAX相为Ti2AlN，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)3:1称取对应质量的中熵MAX相为(Nb1/3Ta1/ 3Zr1/3)2AlC和其他MAX相Ti2AlN粉末，粉末研磨混合均匀后10MPa冷压5min；
2)将冷压的块体转移至高温烧结炉，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-12a所示，在12.4度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-12b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti1/4Nb1/4Ta1/4Zr1/4)2C1/2N1/2。
实施例2-13
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(V1/3Cr1/3Ti1/3)3AlC2的制备方法，通过混合三种MAX相后高温烧结制备得到，其中，三种MAX分别为V2AlC,Cr2AlC和Ti2AlC，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)1:1:1称取对应质量的三种MAX相V2AlC,Cr2AlC和Ti2AlC粉末，粉末研磨混合均匀；
2)将粉末转移至高温烧结炉中，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后，随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-13a所示，在9.5度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-13b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(V1/3Cr1/3Ti1/3)3C2。
实施例2-14
本实施例提供一种新型中熵MAX材料(Ti2/5Nb1/5Ta1/5Zr1/5)2AlC1/2N1/2的制备方法，通过混合一种中熵MAX相和其他MAX相后高温烧结制备得到，其中，一种中熵MAX相为(Nb1/ 3Ta1/3Zr1/3)2AlC，其他MAX相为Ti4AlN3，包括步骤：
1)按照化学摩尔计量比(摩尔比)3:1称取对应质量的中熵MAX相为(Nb1/3Ta1/ 3Zr1/3)2AlC和其他MAX相Ti4AlN3粉末，粉末研磨混合均匀后10MPa冷压5min；
2)将冷压的块体转移至高温烧结炉，在Ar气氛下以5℃/min升温至1500℃，保温1h后随炉冷却；
3)将冷却后所得块体取出研磨，即得目标中熵MAX相粉体。
对目标产物进行X射线衍射(XRD)测试，结果如图2-14a所示，在12.3度出现MAX相特征(002)衍射峰。对目标产物进行扫描电镜(SEM)分析，结果如图2-14b所示，可以看出目标产物具有明显的MAX相特征层状结构，与XRD结果一致，证明MAX相成功合成。将Al刻蚀后，得到中熵二维材料(Ti2/5Nb1/5Ta1/5Zr1/5)2AlC1/2N1/2。
本发明合成中熵MAX相的过程中在原料中使用了原料MAX相材料，由于原料中已经存在了MAX相结构骨架，在高温烧结过程中，其他原料中的金属元素扩散进入原料中熵MAX相的结构中的M位，得到的中熵MAX相材料不会产生分相，具有高纯度的特点(可以通过XRD测试看出)；从热力学分析上，与单质元素高温烧结相比，能够降低高熵MAX相的形成能，从而制备得到种类丰富的中熵MAX相材料；对M元素中各金属元素的固溶性没有限制，即能够得到一系列常规采用单质元素高温烧结的方法难以合成得到的新型中熵MAX相材料。以本发明的中熵MAX相材料为前驱体，刻蚀掉其中的A成分，又能够进一步合成得到种类丰富的高熵二维材料。
本申请人通过上述的制备方法还得到了其他类型的中熵MAX相材料及中熵二维材料，总结如下表：
Figure BDA0003461158630000151
Figure BDA0003461158630000161
以上实施例的仅是为了说明本发明的技术特点的提供的一些实施方式，本发明包含的实施方式不限于此，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变型和改进，本发明的保护范围应当以权利要求书中所述界定的为准。

Claims (16)

1.一种中熵MAX相材料，其特征在于，所述中熵MAX相材料的化学通式为Mn+1AXn，由M元素、A元素和X元素组成，其中，所述M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，所述M元素中含有至少两种能够形成固溶体的元素；其中，所述A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；所述X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种；n为1、2、3、4、5或6。
2.如权利要求1所述的中熵MAX相材料，其特征在于，所述M元素包括：Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo；
和/或，所述A元素选自铝、镓、铟、铅、硅、锗或锡中至少一种元素；
和/或，所述M元素中含有Pt、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu、Bi、V、Hf、W或Mo元素中的一种或多种。
3.一种中熵MAX相材料，其特征在于，所述中熵MAX相材料的化学通式为Mn+1AXn，由M元素、A元素和X元素组成，其中，所述M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，其中，所述A元素选自ⅦB、Ⅷ、ⅠB、ⅡB、IIIA、IVA、VA和VIA族元素中的至少一种；所述X元素为碳、氮、硼或氧元素中至少一种；n为1、2、3、4、5或6。
4.如权利要求3所述的中熵MAX相材料，其特征在于，所述M元素选自Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的三种或四种元素；
和/或，所述A元素为铝元素；
和/或，所述X元素为碳和/或氮元素。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的中熵MAX相材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；
烧结步骤：将所述原料在保护气氛下或真空环境下，预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料。
6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在所述配料步骤的原料需求量中，所述M元素、所述A元素和所述X元素的摩尔比为(n+1)∶(1.05～1.2)∶n；
和/或，烧结温度介于800℃～1500℃之间。
7.一种如权利要求1至4中任一项所述的中熵MAX相材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；
烧结步骤：将所述原料在保护气氛或真空的条件下，在预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；
其中，所述原料中包括：至少一种原料MAX相，所述原料MAX相中，M元素的元素种类数为1至3。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述原料中还包括：所述A元素和所述X元素的化合物，或，所述M元素与所述X元素的化合物；
和/或，所述原料中包括：所述M元素的单质、所述A的单质或所述X的单质；
和/或，所述原料全部为MAX相材料。
9.一种如权利要求1至4中任一项所述的中熵MAX相材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：
配料步骤：按照中熵MAX相材料化学通式的中各元素的化学计量比确定称取含有该元素的原料的需求量；
烧结步骤：将所述原料在保护气氛或真空的条件下，在预定温度下烧结，得到中熵MAX相材料；
其中，所述原料中包括：所述A元素和所述X元素的化合物，或，所述M元素与所述X元素的化合物；
和/或，所述原料中包括：所述M元素的单质、所述A元素的单质或所述X元素的单质。
10.一种如权利要求5至9中任一项所述的制备方法得到的中熵MAX相材料。
11.一种中熵二维材料，其特征在于，具有二维片层结构，其化学通式为Mn+1Xn，由M元素、A元素和X元素组成，所述M元素选自过渡金属元素和镧系元素中的三种或四种元素，所述M元素中含有至少两种能够形成固溶体的元素，所述X元素选自碳、氮、硼和氧元素中至少一种，且n为1、2、3、4、5或6。
12.如权利要求11所述的中熵二维材料，其特征在于，所述M元素包括：Ti和Nb；和/或，Zr和Ta；和/或，Zr和V；和/或，Pt和Au；和/或，W和Mo；
和/或，所述二维片层结构的厚度介于1nm至20nm之间；
和/或，所述中熵二维材料含有官能团包括：-F、-Cl、-Br或-I的一种或多种。
13.一种中熵二维材料，其特征在于，所述中熵二维材料的化学通式为Mn+1Xn，由M元素和X元素组成，其中，所述M元素选自Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W中的三种或四种元素；所述A元素为Al元素；所述X元素为碳和/或氮元素。
14.一种中熵二维材料，其特征在于，将如权利要求1至4中任一项所述的中熵MAX相材料中的A元素刻蚀得到。
15.一种中熵二维材料的制备方法，其特征在于，将如权利要求5至9中任一项所述的制备方法得到中熵MAX相材料中的A元素刻蚀得到；优选地，所述刻蚀用的刻蚀剂为氢氟酸溶液、酸溶液+氟化盐体系、或卤族金属盐；或，所述刻蚀用的刻蚀剂为气相的卤族单质、卤族氢化物、氮族氢化物中的一种或多种；
和/或，所述刻蚀的反应温度介于500℃至1200℃之间；和/或，时间介于5min至100h；
和/或，所述中熵二维材料的片层厚度介于1nm至20nm之间。
16.一种如权利要求11至14所述的中熵二维材料，或如权利要求14或15所述的制备方法得到的中熵二维材料，在催化、传感器、电子器件、超级电容器、电池、电磁屏蔽、吸波材料、耐腐蚀材料、或超导材料的应用。
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