[发明专利]高熵二维材料、高熵MAX相材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵二维材料、高熵MAX相材料及其制备方法，其中，高熵二维材料具有二维片层结构，由M元素和X元素组成，其中，所述M元素选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB族中的至少五种金属元素，X元素选自IIIA、IVA、VA和VIA中的至少一种非金属元素；高熵MAX相材料的化学通式为M_n+1AX_n，能够作为制备高熵二维材料前躯体，通过刻蚀其中的A组分得到高熵二维材料，本发明的高熵二维材料具有超薄的二维片层结构，同时表面具有大量的金属原子暴露，从而赋予二维材料新的性能。

技术领域

本发明涉及新材料领域，尤其涉及一种高熵二维材料、高熵MAX相材料及其制备方法。

背景技术

高熵陶瓷材料通常是指由5种或以上陶瓷组元形成的多主元固溶体，由于其新奇的“高熵效应”以及优异的性能，近年来已经成为陶瓷领域的研究热点之一。2015年，Rost、Maria和Curtarolo等首次报道了一种高熵陶瓷材料，他们以MgO、NiO、CoO、CuO以及ZnO为初始原料，其中除了CuO、ZnO之外，其余3种氧化物均为岩盐矿结构。将5种氧化物均匀混合，在空气中加热，并在875℃保温12h即可形成单相的(MgNiCoCuZn)O高熵陶瓷。与传统材料不同，多主元高熵合金成分复杂，组成元素原子随机无序的分布在晶格位置上，因此高熵合金在热力学上具有高熵效应，在动力学上具有缓慢扩散效应，在结构上具有晶格畸变效应，在性能上具有鸡尾酒效应。高熵合金的多种主要元素混合方式，导致了材料的混合熵达到最大，高混合熵抑制了金属间化合物的形成，促进了晶体结构简单的饱和固溶体形成。在多种机制的耦合作用下，高熵合金具有很多传统材料无法比拟的优异性能，如在力学、电磁学、耐高温、抗腐蚀等方面表现突出，因此高熵合金被视为有望解决目前工程领域材料性能瓶颈问题的关键材料之一。然而，目前对高熵材料性能的研究主要集中于改变高熵材料的组成元素种类和晶体结构，从而获得块状的合金材料，对于低维的高熵材料目前尚未有报道。

发明内容

本发明一方面公开了一种新型的高熵二维材料，具有二维片层结构，由M元素和X元素组成，其中，M元素选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB、IIB族中的至少五种金属元素，X元素选自IIIA、IVA、VA和VIA中的至少一种非金属元素。

在一些实施方式中，二维片层结构的厚度介于1nm~20nm。

在一些实施方式中，二维片层结构还具有晶体结构，晶体结构包括：钙钛矿型、岩盐型或硫化磷铁型。

在一些实施方式中，X元素为碳、氮、氧、硼、磷或硫中的至少一种。

在一些实施方式中， M元素包括Pt、Au、V、Hf、W、Mo、Ag、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu或Bi元素中的一种或多种。

在一些实施方式中，二维片层结构含有官能团，包括：O、F、Cl、Br、I或OH中的一种或多种。

本发明另一方面公开了一种高熵MAX相材料，由M元素、A元素和X元素组成，其化学通式为M_n+1AX_n，其中，M元素选自IIIB、IVB、VB、VIB、VIIB、VIII、IB和IIB族中的至少五种金属元素，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元素选自X元素为碳、氮或硼元素中至少一种，n为1、2、3、4、5或6。

在一些实施方式中，M元素为五种金属元素时，其中不包括Sc、Y或Hf元素中的任一种。

在一些实施方式中，本发明高熵MAX相材料还具有晶体结构，晶体结构包括：钙钛矿型、岩盐型或硫化磷铁型。

在一些实施方式中，M元素包括Pt、Au、V、Hf、W、Mo、Ag、Pd、Au、Ag、Fe、Co、Ni、Cu或Bi元素中的一种或多种。