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

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)域中一個極具潛力的競爭者。然而，在復(fù)合材料中摻入介電或磁性元件會損害其所需的輕質(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)以實現(xiàn)電磁波吸收的能力。極化界面的相位工程對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)中卻難以實現(xiàn)。因此，制備具有豐富電磁波消耗機制的均質(zhì)MoCx吸收材料，以實現(xiàn)理想的吸收性能，仍然是一個重大的挑戰(zhàn)。

針對上述問題，近日，陜西科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院黃文歡教授團隊與西安石油大學(xué)黃海教授合作，在輕質(zhì)MoCx納米花中構(gòu)建了具有匹配費米能級和閉合功函數(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

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)實現(xiàn)界面極化。結(jié)合理論計算證明合成過程中產(chǎn)生的鉬空位作為點缺陷，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)計提供了一個很好的范例。

圖文解析

圖1. 雙相 β/γ-MoCx@CN 的組裝及理論計算

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)的基本機制

圖5. 雙相β/γ-MoCx@CN中的獨特結(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”，陜西省特支計劃-青年拔尖人才、陜西省科技新星等人才計劃項目4項，近年來主持國家項目2項、省部級各類科研項目11項等，獲得陜西省高?？茖W(xué)技術(shù)獎一等獎（第1完成人）1項。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，熱點論文3篇。擁有國家發(fā)明專利34余件，其中4件實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)化。曾受邀請在國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議上作報告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）