【摘 要】
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随着社会工业水平的不断提升,对于新型功能材料的性能提出了更加严苛要求,金属硼化物具有良好的力学和离子交换性能,在超硬材料、电催化等领域具有广泛的应用前景。本文通过高温高压合成方法在5 GPa和1740 K的合成压力和温度条件下,成功合成了单相三元过渡金属硼化物WFeB和WCoB及其一系列掺杂产物。然后通过实验和第一性原理计算的方法,对它们的电催化性质和力学性质展开研究。实验结果显示WFeB和WCo
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随着社会工业水平的不断提升,对于新型功能材料的性能提出了更加严苛要求,金属硼化物具有良好的力学和离子交换性能,在超硬材料、电催化等领域具有广泛的应用前景。本文通过高温高压合成方法在5 GPa和1740 K的合成压力和温度条件下,成功合成了单相三元过渡金属硼化物WFeB和WCoB及其一系列掺杂产物。然后通过实验和第一性原理计算的方法,对它们的电催化性质和力学性质展开研究。实验结果显示WFeB和WCoB具有相同晶体结构,空间群为Pnma。通过实验测试证明了WFeB和WCoB均具有非常优秀的OER催化性能,高能机械球磨后的WFeB和WCoB在电流密度为30 m A/cm~2时,OER过电位分别为302 m V和312 m V。相比之下,商用Ru O2在同样电流密度下的过电位则达到了323 m V,这说明WFeB和WCoB具有更加优秀的OER催化活性。掺杂样品催化性能测试结果发现,将WFeB中5 at%的Fe原子替换为相同数量的Co原子,能够极大的降低OER过电位,掺杂后的WFe0.95Co0.05B在电流密度为30 m A/cm~2时,OER过电位为273 m V,在所有样品中最低。维氏硬度硬度测量结果显示,WFeB和WCoB的收敛硬度分别为12.08GPa和13.46 GPa,而理论计算得出二者的理论硬度值分别为12.71 GPa和20.06 GPa。掺杂产物的硬度实验结果显示,硬度值并非随着掺杂含量而线性变化。这种情况归因于所有块体样品均为多孔状材料,孔隙的存在,极大地影响了测量结果的准确性,测量结果会比真实结果偏低。理论计算结果显示,WFeB是韧性材料而WCoB是脆性材料,二者各向异性,在晶胞c轴方向有更好的抗压缩性。
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