山东大学晶体材料研究所，山东大学晶体材料研究所复试线
成果简介
金属有机骨架材料(MOFs)因其多孔结构、高比表面积和可设计的结构而在电磁波吸收材料制备中越来越受到关注。本文，山东大学刘久荣 教授、曾志辉教授等研究人员在《Carbon》期刊发表名为“MnCo-MOF-74 derived porous MnO/Co/C heterogeneous nanocomposites for high-efficiency electromagnetic wave absorption”的论文， 研究中通过水热及高温碳化法制备了一系列MOF-74衍生的具有异质结构的纳米复合材料，作为高效的电磁波吸材料。深入研究了各组分对电磁波吸收性能的影响和作用，此外，还全面揭示了电磁波吸收的内在机制。这一研究工作为合理设计复合材料与结构构建提供了思路。
图文导读
首先以金属盐和2，5-二羟基对苯二甲酸进行配位反应得到MOF-74，经高温热解后得到系列碳基MOF-74衍生物，得益于组分和微观结构的协同作用，MnCo-MOF-74衍生的MnO/Co/C纳米复合材料在厚度为2.64 mm时的最小反射损耗值为−68.89 dB，在厚度为2.3 mm时的最大有效吸收带宽为5.3 GHz。高效的电磁波吸收性能归因于优化的阻抗匹配和多种衰减机制，包括界面和偶极子极化损耗、磁损耗、电导损耗和多重散射。本研究为合理设计复合材料和结构，探索高效MOF基电磁波吸收材料提供了理论依据。
图1. (a) MnO/Co/C纳米复合材料的制备示意图，(b) MOF-74的XRD谱图，(c) MnO/Co/C、Co/C、MnO/C和MnO/Co纳米复合材料的XRD谱图，(d) MnO/Co/C、MnO/C和Co/C纳米复合材料的拉曼光谱，(e, f) C 1s、Co 2p的XPS谱图，(g) MnO/Co/C、Co/C和MnO/Co纳米复合材料在室温下的磁滞回线。
图2. SEM图像(插图为粒径分布)：(a) MnO/C纳米复合材料、(b) Co/C纳米复合材料、(C) MnO/Co纳米复合材料、(d) MnO/Co/C纳米复合材料，(e) MnO/Co/C纳米复合材料的SEM放大图和(f) MnO/Co/C纳米复合材料的元素分布图，(g-i) MnO/Co/C纳米复合材料的TEM图。
图3. (a) MnO/C、(b) Co/C、(C) MnO/Co/C、(d) MnO/Co/C纳米复合材料的三维(3D) RL图和相应的二维(2D)投影图，(e) MnO/Co/C纳米复合材料与其他典型吸波材料性能的比较。
图4. MnO/Co/C、MnO/C、Co/C和MnO/Co纳米复合材料的电磁参数：(a)介电常数实部、(b)介电常数虚部、(c)介电损耗正切、(d)磁导率实部、(e)磁导率虚部、(f)磁损耗正切，(g)衰减系数，(h) Cole-Cole曲线，(i) C0值。
图5. (a-d) MnO/Co、MnO/C、Co/C、MnO/Co/C纳米复合材料在不同厚度下的RL值和理论匹配厚度曲线，(e-f) MnO/Co、MnO/C、Co/C和MnO/Co/C纳米复合材料的(Z′)和(Z″)值与厚度和频率的2D投影图。
图6.MOF衍生的MnO/Co/C纳米复合材料的电磁波吸收机理图。
小结
综上所述，作者采用水热法和碳化法制备了一系列的MOF-74衍生的纳米复合材料。相对于MnO/C、Co/C和MnO/Co纳米复合材料，MnO/Co/C纳米复合材料在介电MnO纳米颗粒、磁性Co纳米颗粒、碳基体和多孔结构之间的协同作用下获得了最优异的电磁波吸收性能。MnO/Co/C纳米复合材料在厚度为2.64 mm时的最小RL值为−68.89 dB，在厚度为2.3 mm时的最大有效吸收带宽为5.3 GHz。优异的性能得益于优化的阻抗匹配和多重衰减机制，包括界面和偶极子极化损耗、磁损耗、电导损耗以及多重散射。MOF-74为探索更有前途的电磁波吸收材料开辟了道路，结合简单的制备方法，MOF-74衍生物展现了在实际应用中解决电磁污染或干扰问题的高潜力。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2022.04.001
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