[发明专利]一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法

说明书

本发明属于无机非金属材料技术领域，涉及一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法。所述X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料的分子式为M₂AX，其中X为P、As、Sb、S、Se、Te中的元素中的一种或多种的组合。X位为磷属元素和/或硫属元素的新型MAX相材料具有独特的物化性质，将在储能、催化、电子、热电等领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明属于无机非金属材料技术领域，涉及一种X位为磷属元素和/或硫属元素的MAX相材料及其制备方法。

背景技术

MAX相是一大类非范德瓦耳斯层状固体材料，这些三元化合物有一个通用的化学式M_n+1AX_n，呈六方对称结构(P6₃/mmc)，其中M为过渡金属，A主要为主族元素，X为C、N、B，n＝1-3(M.W.Barsoum et al.,Prog.Solid State Ch 28(1-4)(2000)201-281)。理论计算预测表明有超过600种MAX相具备热力学稳定性，其中已成功合成的MAX相已经超过70种。目前已经发现的MAX相的组成元素包括20多种M位元素、接近20种A位元素和3种X位元素(C、N、B)。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。借由其独特的共价M₆X八面体和类金属A层组成的交替排列结构，MAX相表现出了金属和陶瓷的复合特性：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(J.Gonzalez-Julian et al.,J AM Chem.Soc.104(2)(2021)659-690)。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.,2019,10,622X.Zhou etal.,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，而对于MAX相功能化应用领域的研究相对较少。

而MAX相的化学和结构多样性对于优化其未来应用的性能至关重要(M.Sokol etal.,Trends in Chem.1(2)(2019)210-223)，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，获得具有全新物理化学性能的MAX相并提升人们对MAX相材料晶体结构的理解，一直是该领域学者努力的重要方向。诸多实验证明，MAX相中各位置的元素对材料的性能起了决定性的作用。然而到目前为止所探究的MAX相的X位元素均为原子尺寸较小的元素(C、N、B)，且最外围的电荷数较少(≤5)。因此，有必要扩展X位原子的可选范围，以其调控MAX相材料的结构和性能。