[发明专利]A位含硒元素的MAX相层状材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种A位含硒元素的MAX相层状材料、其制备方法及应用。所述MAX相层状材料的分子式表示为M_n+1AX_n，M选自前过渡金属族的任意一种或两种以上的任意组合，A为硒或含硒合金的任意组合，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。该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+1X_n单元与含硒原子层交替堆垛而成。本发明还提供了前述A位含硒元素的MAX相层状材料的制备方法。本发明的A位含硒元素的MAX相层状材料在超导、吸波、储能、催化、光伏、电子、热电等领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种无机材料，具体涉及一种A位含硒元素的新型MAX相层状材料及其制备方法与应用，属于材料技术领域。

背景技术

MAX相是一种三元层状可加工陶瓷，呈六方对称结构(P6₃/mmc)，具有M_n+1AX_n的分子通式。其中，M为前过渡族金属，A通常为IIIA和IVA族元素，X为碳或氮元素，n多为1-3。(M.Barsoum et al.,Prog.Solid State Chem.,2000,28,201-281)通常认为MAX相的晶体结构由M_n+1X_n纳米结构亚层与A位单原子层交替堆垛而成。其中，M_n+1X_n纳米结构亚层由共价键的共棱M₆X八面体层组成，X元素占据M元素组成的八面体间隙。而A位单原子层与M_n+1X_n纳米结构亚层间的相互作用力较弱，呈近似金属键状态。MAX相晶体结构中相邻的两个M_n+1X_n亚层呈孪晶取向，镜面位于所夹的A位单原子层上。(P.Eklund et al.,Thin Solid Films,2010,518,1851-1878)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。(Maxim Sokol et al.,Trends Chem.2019,1,210-223)这些MAX相通常兼具陶瓷的轻质、高强、抗氧化、抗蠕变和良好的热稳定性，以及金属的高导电、高导热、相对柔性以及优良的损伤容限、高温塑性和可加工性；最近的研究也发现MAX相具有低辐照活性和良好的材料连接性能。(C.Wang et al.,Nat.Commun.,2019,10,622和X.Zhou et al.,Carbon,2016,102,106-115.)因此，目前大多数关于MAX相应用领域的研究主要集中在包括高温电极、高铁受电弓、核燃料包壳管等高安全结构材料方向，对于MAX相功能化应用领域的研究相对较少。如何利用MAX相的化学多样性，设计和调控MAX相元素组成和电子云结构，提升对MAX相材料晶体结构的理解和获得具有全新物理化学性能的MAX相，一直是该领域学者努力的重要方向。