[发明专利]一系列多层高熵结构化合物及其制备方法

说明书

本发明公开了一系列多层高熵结构化合物及其制备方法。所述的多层高熵结构化合物为一系列的过渡金属层状化合物，分子式表达为(HEM_B)_x(HEM_A)X₂，HEM为高熵金属元素组合，由四种或四种以上金属元素组成，HEM_A、HEM_B分别为两组高熵元素，x为HEM_B高熵金属元素的插层量，元素总量为x，0＜x≤1，X为S、Se、Te元素中的一种或多种的组合。本发明在本就是在MX₂层状结构的M位由高熵金属元素组合HEM_A替换的基础上，在层与层之间再引入一层高熵金属原子HEM_B，同时可对其插层量进行调控，得到具有多层高熵结构的一系列化合物，该系列材料在能源转换、能源存储等应用领域具有巨大潜力。本发明多层高熵的结构设计理念为人们探索新高熵化合物提供了新的思路。

技术领域

本发明涉及无机非金属材料，具体涉及一系列多层高熵结构化合物及其制备方法。

背景技术

随着高熵合金的研究热潮，高熵化合物在近些年也进入了蓬勃发展的阶段，目前高熵材料已经涵盖了氧化物、碳化物、硅化物、硫属化物等领域。其中高熵层状化合物，如高熵氧化物，由于其高熵结构的化学稳定性以及其层状结构的晶体学特性，使其在锂离子电池、超级电容器等能源存储领域有着优异的表现。近期，高熵层状硫族化合物也被人们所报道，并发现其在催化还原方面有着良好的性能。

目前层状高熵材料在结构设计方面仍为单层高熵结构，且其高熵结构层主要在其层状结构单元的金属层位置。而具有多层高熵结构的化合物目前仍未有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用固相插层法合成一系列多层高熵结构化合物(HEM_B)_x(HEM_A)X₂的方法，母体分子式为(HEM_A)X₂，插层的母体本就具有高熵结构，即将高熵金属元素HEM_B通过高温固相烧结，在本就是高熵化合物的(HEM_A)X₂层与层之间再引入一层高熵金属原子。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

多层高熵结构化合物，其分子式表达为(HEM_B)_x(HEM_A)X₂，其中HEM为高熵金属元素组合，由四种或四种以上金属元素组成，HEM_A、HEM_B分别为两组高熵金属元素组合，x为HEM_B高熵金属元素的插层量。

进一步地，HEM_A为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Os、Rh、Ir、Au、Pd、Pt中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1。

X为S、Se、Te元素中的一种或多种的组合。

HEM_B为元素周期表中可插层的四种或四种以上金属元素的组合，元素比例为等比，元素总量为x，0＜x≤1。

进一步地，HEM_B为Fe、Co、Cr、Ni、Mn、V、Cu、Ag、Zn中的四种或四种以上金属元素的组合。

例如：(Fe_0.2Co_0.2Cr_0.2Ni_0.2Mn_0.2)_0.2(Ti_0.25Cr_0.25V_0.25Ta_0.25)Se₂。