化工學(xué)院黃文歡團(tuán)隊(duì)在《Advanced Functional Materials》上發(fā)表碳化鉬晶相界面調(diào)控電磁損耗機(jī)理的研究工作

為了解決因電子設(shè)備廣泛使用而造成的日益嚴(yán)重的電磁污染問題，民用和軍用部門一直在積極開展研究，致力于探索創(chuàng)新且有效的電磁波（EMW）吸收材料。追求輕量化、高效且廣譜的EMW吸收材料一直是持續(xù)努力的方向。碳化鉬（MoC_x）是早期過渡金屬碳化物的重要成員，以其獨(dú)特的電性能和化學(xué)穩(wěn)定性而著稱，因此成為電磁波吸收領(lǐng)域中一個(gè)極具潛力的競(jìng)爭(zhēng)者。然而，在復(fù)合材料中摻入介電或磁性元件會(huì)損害其所需的輕質(zhì)特性。此外，不同材料之間的異質(zhì)界面需要復(fù)雜的制備過程，這阻礙了對(duì)界面結(jié)構(gòu)的精確控制，從而限制了微調(diào)電磁參數(shù)以實(shí)現(xiàn)電磁波吸收的能力。極化界面的相位工程對(duì)于改變電磁波衰減過程中的介電損耗具有重要意義，但在復(fù)雜的混合系統(tǒng)中卻難以實(shí)現(xiàn)。因此，制備具有豐富電磁波消耗機(jī)制的均質(zhì)MoCx吸收材料，以實(shí)現(xiàn)理想的吸收性能，仍然是一個(gè)重大的挑戰(zhàn)。

針對(duì)上述問題，近日，陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院黃文歡教授團(tuán)隊(duì)與西安石油大學(xué)黃海教授合作，在輕質(zhì)MoCx納米花中構(gòu)建了具有匹配費(fèi)米能級(jí)和閉合功函數(shù)特性的β/γ-MoCx@CN雙相結(jié)構(gòu)，研究電導(dǎo)/極化損耗的內(nèi)部機(jī)制并闡明其在介電常數(shù)衰減中的貢獻(xiàn)。相關(guān)工作在《Advanced Functional Materials》期刊上以“Phase Engineering in a Twin-Phase β/γ-MoCx Lightweight Nanoflower with Matched Fermi Level for Enhancing Electron Transport Across the Polarized Interfaces in Electromagnetic Wave Attenuation”為題發(fā)表。

本文亮點(diǎn)

1. 在相雜化的β/γ-MoCx@CN中構(gòu)建的異質(zhì)界面結(jié)構(gòu)預(yù)期能夠通過操控MoCx的d軌道，有效促進(jìn)更快的電子/離子遷移，從而提升其內(nèi)在電導(dǎo)率。增強(qiáng)的電導(dǎo)率不僅減輕了趨膚效應(yīng)，還確保了入射電磁波進(jìn)入吸收材料時(shí)的適當(dāng)電導(dǎo)損耗。

2. β/γ-MoCx@CN中豐富的相界面使其在寬頻范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)界面極化。結(jié)合理論計(jì)算證明合成過程中產(chǎn)生的鉬空位作為點(diǎn)缺陷，導(dǎo)致的局部電荷不均勻分布促成了偶極取向極化。摻雜的氮原子和MoCx與碳基質(zhì)的電子耦合形成了多種化學(xué)鍵，增強(qiáng)了偶極極化，這些多重極化的集成最終賦予了復(fù)合材料優(yōu)異的介電性能。

3. β/γ-MoCx@C復(fù)合材料具有大量特定表面積，通過增大表面積有效消耗入射電磁波，促進(jìn)多重散射效應(yīng)，并增強(qiáng)入射EMW的反射。此外，這些混合納米結(jié)構(gòu)提供了豐富的電子活性位點(diǎn)和高載流子濃度，最終改善了微波能量的衰減，為電磁波吸收材料開發(fā)設(shè)計(jì)提供了一個(gè)很好的范例。

圖文解析

圖1. 雙相 β/γ-MoCx@CN 的組裝及理論計(jì)算

圖2. β/γ-MoCx@CN的優(yōu)異電磁波吸收性能

圖3. 雙相β/γ-MoCx@CN的電磁參數(shù)、阻抗特性及介電性能

圖4. 雙相β/γ-MoCx@CN的電磁波響應(yīng)的基本機(jī)制

圖5. 雙相β/γ-MoCx@CN中的獨(dú)特結(jié)構(gòu)及多重散射和極化現(xiàn)象

圖6. 系列MoCx@CN 的 RCS 模擬和電磁波吸收機(jī)制

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410194

新聞小貼士：

黃文歡，主要從事多氮唑雜化框架的設(shè)計(jì)合成，能源存貯及轉(zhuǎn)化、電磁波吸收屏蔽、固態(tài)電池關(guān)鍵材料的應(yīng)用研究。擔(dān)任《EcoMat》顧問委員會(huì)成員、《Rare Metals》、《稀有金屬》中英兩刊青年編委；《Tungsten》青年編委；《Rare Metal Materials and Engineering》《稀有金屬材料與工程》中英兩刊青年編委；《Chinese Journal of Structural Chemistry 》(《結(jié)構(gòu)化學(xué)》)青年編委，入選“2023年度全球前2%頂尖科學(xué)家榜單”，陜西省特支計(jì)劃-青年拔尖人才、陜西省科技新星等人才計(jì)劃項(xiàng)目4項(xiàng)，近年來主持國家項(xiàng)目2項(xiàng)、省部級(jí)各類科研項(xiàng)目11項(xiàng)等，獲得陜西省高?？茖W(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)（第1完成人）1項(xiàng)。在Angew Chem. Int. Ed.（2篇）、Advanced Materials（2篇）、Advanced Functional Materials（2篇）、Advanced Science（1篇）等國際期刊上發(fā)表SCI論文70篇，其中受邀撰寫綜述6篇，高被引論文13篇，熱點(diǎn)論文3篇。擁有國家發(fā)明專利34余件，其中4件實(shí)現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)化。曾受邀請(qǐng)?jiān)趪鴥?nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議上作報(bào)告29余次，媒體轉(zhuǎn)載相關(guān)研究成果30余次。

（核稿：黃文歡 編輯：劉倩）