王常春，花揚揚

(吉林化工學院 理學院，吉林 吉林 132022)

過渡金屬硼化物由于具有很多優(yōu)良的物理化學性質，例如：高導電性、高硬度、耐磨、耐腐和高抗壓縮性等，而被廣泛應用為多功能硬質材料[1-4].然而在過渡金屬硼化物的合成中，經(jīng)常需要硼過量才能合成出等化學計量比的樣品[5-8].這就導致有些具有相同XRD衍射峰樣品的晶體結構很難確定.例如WB2和W2B5具有相同的XRD衍射峰[9-10].兩種材料的晶體結構中，W2B5的晶體結構中只比WB2多了一個B4原子占位.然而在XRD測試中這個原子占位卻測不出來.因為輕元素原子對X光的散射不明顯.如果想測出區(qū)別需要利用中子衍射才能測出，中子衍射測試復雜且昂貴.因此，前期人們一直認為被合成出來的WB2是W2B5.此外，在過渡金屬氮化物中也同樣存在很多具有爭議的晶體結構尚未確定.如果能找到一種簡單的方法來區(qū)分兩種有爭議物質具有重要的意義.

1 實驗部分

2 結果與討論

2.1 XRD數(shù)據(jù)分析

首先對合成樣品進行XRD測試，測試結果如圖1所示.從圖中可看出合成樣品的XRD峰與PDF卡片中WB2和W2B5兩種樣品的XRD峰相同.為了確定合成的樣品是哪種材料，嘗試了對衍射數(shù)據(jù)進行XRD精修處理.圖2為以WB2為導入晶體結構的XRD精修圖.圖3為以W2B5為導入晶體結構的XRD精修圖.圖4為WB2和W2B5的晶體結構圖.從圖中可以看到，利用兩種晶體結構進行精修結果基本沒有差別.表1為利用兩種結構進行精修得到的參數(shù).從表中可以看到，兩種結構的精修數(shù)據(jù)都是復合標準的.因此，利用XRD精修不能確定樣品的晶體結構.

Two Theta(deg.)圖1 合成樣品的XRD測試圖

Two Theta(deg.)圖2 WB2為導入晶體結構的XRD精修圖

Two Theta(deg.)圖3 以W2B5為導入晶體結構的XRD精修圖如圖

左側為W2B5的晶體結構圖右側為WB2的晶體結構圖圖4 樣品的晶體結構圖

表1 結構精修所得實驗參數(shù)

2.2 理論計算數(shù)據(jù)分析

圖5 兩種晶體結構密立根電荷分布圖

2.3 XPS數(shù)據(jù)分析

XPS測試能夠分析樣品表面原子的結合能.通過分析原子結合能的大小可以分析此原子的價態(tài).樣品的XPS測試數(shù)據(jù)如圖6所示.

Blnding onorgy/eV(a)為W元素的4f軌道X射線光電子能譜圖

Blnding onorgy/eV(b)為B元素的1s軌道的X射線光電子能譜圖圖6 計算所得XPS數(shù)據(jù)圖

3 結 論

利用高溫高壓法合成了具有爭議晶體結構的WB2.通過XRD精修發(fā)現(xiàn)，利用兩種晶體結構作為導入晶體結構都能得到較好的精修結果，說明利用XRD精修不能確定晶體的結構.利用理論計算確定了兩種不同晶體結構中硼原子的價態(tài)數(shù).并且利用XPS測試確定了合成樣品中具有3種不同硼原子的價態(tài)，說明合成的樣品為WB2.