利用理論與實(shí)驗(yàn)結(jié)合確定WB2的晶體結(jié)構(gòu)

王常春，花揚(yáng)揚(yáng)

(吉林化工學(xué)院 理學(xué)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(xué)性質(zhì)，例如：高導(dǎo)電性、高硬度、耐磨、耐腐和高抗壓縮性等，而被廣泛應(yīng)用為多功能硬質(zhì)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(xué)計(jì)量比的樣品[5-8].這就導(dǎo)致有些具有相同XRD衍射峰樣品的晶體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)中，W2B5的晶體結(jié)構(gòu)中只比WB2多了一個(gè)B4原子占位.然而在XRD測(cè)試中這個(gè)原子占位卻測(cè)不出來.因?yàn)檩p元素原子對(duì)X光的散射不明顯.如果想測(cè)出區(qū)別需要利用中子衍射才能測(cè)出，中子衍射測(cè)試復(fù)雜且昂貴.因此，前期人們一直認(rèn)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(jié)構(gòu)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(zhì)具有重要的意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD數(shù)據(jù)分析

首先對(duì)合成樣品進(jìn)行XRD測(cè)試，測(cè)試結(jié)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(duì)衍射數(shù)據(jù)進(jìn)行XRD精修處理.圖2為以WB2為導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)的XRD精修圖.圖3為以W2B5為導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)的XRD精修圖.圖4為WB2和W2B5的晶體結(jié)構(gòu)圖.從圖中可以看到，利用兩種晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修結(jié)果基本沒有差別.表1為利用兩種結(jié)構(gòu)進(jìn)行精修得到的參數(shù).從表中可以看到，兩種結(jié)構(gòu)的精修數(shù)據(jù)都是復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)的.因此，利用XRD精修不能確定樣品的晶體結(jié)構(gòu).

Two Theta(deg.)圖1 合成樣品的XRD測(cè)試圖

Two Theta(deg.)圖2 WB2為導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)的XRD精修圖

Two Theta(deg.)圖3 以W2B5為導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)的XRD精修圖如圖

左側(cè)為W2B5的晶體結(jié)構(gòu)圖右側(cè)為WB2的晶體結(jié)構(gòu)圖圖4 樣品的晶體結(jié)構(gòu)圖

表1 結(jié)構(gòu)精修所得實(shí)驗(yàn)參數(shù)

2.2 理論計(jì)算數(shù)據(jù)分析

圖5 兩種晶體結(jié)構(gòu)密立根電荷分布圖

2.3 XPS數(shù)據(jù)分析

XPS測(cè)試能夠分析樣品表面原子的結(jié)合能.通過分析原子結(jié)合能的大小可以分析此原子的價(jià)態(tài).樣品的XPS測(cè)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(jì)算所得XPS數(shù)據(jù)圖

3 結(jié) 論

利用高溫高壓法合成了具有爭議晶體結(jié)構(gòu)的WB2.通過XRD精修發(fā)現(xiàn)，利用兩種晶體結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)入晶體結(jié)構(gòu)都能得到較好的精修結(jié)果，說明利用XRD精修不能確定晶體的結(jié)構(gòu).利用理論計(jì)算確定了兩種不同晶體結(jié)構(gòu)中硼原子的價(jià)態(tài)數(shù).并且利用XPS測(cè)試確定了合成樣品中具有3種不同硼原子的價(jià)態(tài)，說明合成的樣品為WB2.