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
金属有机骨架衍生物（MOF derivatives）由于具有多孔结构、高比表面积和组分可变性而具有优异电磁波吸收潜力。本文，山东大学刘久荣教授、曾志辉教授等研究人员在《Chemical Engineering Journal》期刊发表名为“ZIF-67-derived Co/C embedded boron carbonitride nanotubes for efficientelectromagnetic wave absorption”的论文，研究通过简便策略成功地制备出了具有管状结构的BCN/C/Co纳米复合材料，通过电磁仿真模拟证实了界面极化的存在，并揭示了电磁波吸收性能的内在机理。该研究为MOF衍生物与BCN纳米管结合制备轻质高性能的电磁波吸收材料提供了一种有效的策略。
图文导读
首先用钴盐和二甲基咪唑合成ZIF-67，然后与硼酸、尿素、聚乙二醇高温下发生反应生成BCN/C/Co纳米管，在各组分的协同作用下，BCN/C/Co纳米管在12.4 GHz时的获得最佳反射损耗为−56.7 dB，在2.6 mm时的最大有效吸收带宽为5.5 GHz。优异电磁波吸收性能归因于以下几点：低介电常数的BCN优化了阻抗匹配；实现了MOF衍射物良好的分散性并发挥出自身的高效的介电损耗和磁损耗；丰富的非均匀异质界面导致较强的界面极化效应。
图1. (a) BCN/C/Co制备过程示意图，(b) XRD谱图，(C)纯BCN和BCN/C/Co纳米管的拉曼光谱。
图2. SEM图像：(a) BCN纳米管，(b) ZIF-67， (c) BCN/C/Co-1.5前驱体，(d, e) BCN/C/Co-1.5纳米管，(f-g)BCN/C/Co-1.5纳米管的TEM，(h-i) BCN/C/Co-1.5纳米管的HR-TEM图像，(i) BCN/C/Co-1.5纳米管SEAD图，(j-n) BCN/C/Co-1.5纳米管的STEM元素分布图，(o) BCN/C/Co-1.5纳米管的全元素分布图。
图3. BCN/C/Co-1.5纳米管的XPS (a)全元素谱，(b) b 1s谱，(c) c 1s谱，(d) N 1s谱，(e) Co 2p谱，(f) BCN/C/Co-1.5纳米管在室温下的磁滞回线。
图4. BCN、BCN/C/Co-0.5、BCN/C/Co-1.0、BCN/C/Co-1.5和BCN/C/Co-2.0样品的 (a-f) 电磁参数，(g) Cole-Cole图，(h) m”(m’)–2f–1，(i) 衰减系数α。
图5. BCN (a1-c1)、BCN/C/Co-0.5 (a2-c2)、BCN/C/Co-1.0 (a3-c3)、BCN/C/Co-1.5 (a4-c4)和BCN/C/Co-2.0 (a5-c5)的三维反射损耗图、二维反射损耗投影图和阻抗匹配图。
图6. BCN/C/Co纳米管的电磁波衰减机理示意图。
图7. 本研究与最近报道的MOF衍生品最小反射损耗和最大有效吸收带宽值的对比图。
小结
综上所述，作者采用一种简便、可扩展的方法成功地制备了一种新型的ZIF-67衍生物嵌入BCN纳米管的纳米复合吸波材料。同时实现了合理的微结构设计和杂原子的掺杂，并获得了高效的电磁波吸收能力。由于BCN纳米管具有良好阻抗匹配特性，并且有助于提高MOF衍生物的分散性，从而带来高效的导电损耗和磁损耗。BCN/C/Co纳米管的最小反射损耗值为-56.7 dB，在2.6 mm时的有效吸收带宽为5.5 GHz，约为测试频率范围的三分之一，通过控制复合材中的MOF衍生物含量可进一步实现最小反射损耗值达到-75.6 dB，在3.0 mm时的有效吸收带宽最大为5.1 GHz。因此，这项工作为介电材料和MOF衍生物复合的高效电磁波吸收体的探索提供了新的思路。
文献：
https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.138011
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