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Synthesis, Phase Evolutions, and Stabilities of Boron-Rich Tungsten Borides at High Pressure
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2022-11-02 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c02957 Chao Gu 1 , Xuefeng Zhou 1 , Dejiang Ma 1 , Yusheng Zhao 1 , Shanmin Wang 1
Inorganic Chemistry ( IF 4.3 ) Pub Date : 2022-11-02 , DOI: 10.1021/acs.inorgchem.2c02957 Chao Gu 1 , Xuefeng Zhou 1 , Dejiang Ma 1 , Yusheng Zhao 1 , Shanmin Wang 1
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Boron-rich tungsten borides such as WB2+x and WB3+x have been highly expected to be superhard with many advantages over conventional superhard materials. However, because the formation of boron-rich tungsten borides is thermodynamically unfavorable at ambient pressure, their crystal structures, compositions, and properties are largely unexplored, which have impeded the rational design of functional materials in the W–B family. In this work, using unique high-pressure reactions, we report a systematic synthesis study of challenging compounds of tungsten borides including WB, WB2+x, and WB3+x. The use of pressure, combined with the controllable temperature, heating duration, and ratios of starting reactants, leads to different compositions and structures of final products with largely tunable crystallite size from nanocrystalline to single-crystal forms. In addition, the optimal conditions for the formation of WB3+x are well investigated by tuning the temperature and starting ratio of reactants, as well as by adding a solvent material. Phase diagrams and stabilities of the involved W–B compounds are also well depicted, which would provide an important guidance for future exploratory synthesis and study of the family of transition-metal borides.
中文翻译：
高压下富硼硼化钨的合成、相演化和稳定性
富硼钨硼化物如 WB 2+ x和 WB 3+ x被高度期望为超硬材料，与传统超硬材料相比具有许多优势。然而，由于富硼硼化钨的形成在环境压力下在热力学上是不利的，因此它们的晶体结构、组成和性质在很大程度上尚未被探索，这阻碍了 W-B 族功能材料的合理设计。在这项工作中，我们使用独特的高压反应，报告了具有挑战性的硼化钨化合物的系统合成研究，包括 WB、WB 2+ x和 WB 3+ x. 压力的使用，结合可控的温度、加热持续时间和起始反应物的比例，导致最终产品的组成和结构不同，微晶尺寸从纳米晶到单晶形式在很大程度上可调。此外，通过调整反应物的温度和起始比例以及添加溶剂材料，对形成 WB 3+ x的最佳条件进行了深入研究。还很好地描绘了所涉及的 W-B 化合物的相图和稳定性，这将为未来过渡金属硼化物族的探索性合成和研究提供重要指导。
更新日期：2022-11-02
中文翻译：
高压下富硼硼化钨的合成、相演化和稳定性
富硼钨硼化物如 WB 2+ x和 WB 3+ x被高度期望为超硬材料，与传统超硬材料相比具有许多优势。然而，由于富硼硼化钨的形成在环境压力下在热力学上是不利的，因此它们的晶体结构、组成和性质在很大程度上尚未被探索，这阻碍了 W-B 族功能材料的合理设计。在这项工作中，我们使用独特的高压反应，报告了具有挑战性的硼化钨化合物的系统合成研究，包括 WB、WB 2+ x和 WB 3+ x. 压力的使用，结合可控的温度、加热持续时间和起始反应物的比例，导致最终产品的组成和结构不同，微晶尺寸从纳米晶到单晶形式在很大程度上可调。此外，通过调整反应物的温度和起始比例以及添加溶剂材料，对形成 WB 3+ x的最佳条件进行了深入研究。还很好地描绘了所涉及的 W-B 化合物的相图和稳定性，这将为未来过渡金属硼化物族的探索性合成和研究提供重要指导。
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