為了解決因電子設備廣泛使用而造成的日益嚴重的電磁污染問題，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努力的方向。碳化鉬（MoCx）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穩定性而著稱，因此成為電磁波吸收領域中一個極具潛力的競爭者。然而，在復合材料中摻入介電或磁性元件會損害其所需的輕質特性。此外，不同材料之間的異質界面需要復雜的制備過程，這阻礙了對界面結構的精確控制，從而限制了微調電磁參數以實現電磁波吸收的能力。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，但在復雜的混合系統中卻難以實現。因此，制備具有豐富電磁波消耗機制的均質MoCx吸收材料，以實現理想的吸收性能，仍然是一個重大的挑戰。
針對上述問題，近日，陜西科技大學化學與化工學院黃文歡教授團隊與西安石油大學黃海教授合作，在輕質MoCx納米花中構建了具有匹配費米能級和閉合功函數特性的β/γ-MoCx@CN雙相結構，研究電導/極化損耗的內部機制并闡明其在介電常數衰減中的貢獻。相關工作在《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”為題發表。
本文亮點
1. 在相雜化的β/γ-MoCx@CN中構建的異質界面結構預期能夠通過操控MoCx的d軌道，有效促進更快的電子/離子遷移，從而提升其內在電導率。增強的電導率不僅減輕了趨膚效應，還確保了入射電磁波進入吸收材料時的適當電導損耗。
2. β/γ-MoCx@CN中豐富的相界面使其在寬頻范圍內實現界面極化。結合理論計算證明合成過程中產生的鉬空位作為點缺陷，導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與碳基質的電子耦合形成了多種化學鍵，增強了偶極極化，這些多重極化的集成最終賦予了復合材料優異的介電性能。
3. β/γ-MoCx@C復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，促進多重散射效應，并增強入射EMW的反射。此外，這些混合納米結構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設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的優異電磁波吸收性能
圖3. 雙相β/γ-MoCx@CN的電磁參數、阻抗特性及介電性能
圖4. 雙相β/γ-MoCx@CN的電磁波響應的基本機制
圖5. 雙相β/γ-MoCx@CN中的獨特結構及多重散射和極化現象
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計合成，能源存貯及轉化、電磁波吸收屏蔽、固態電池關鍵材料的應用研究。擔任《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 》(《結構化學》)青年編委，入選“2023年度全球前2%頂尖科學家榜單”，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，獲得陜西省高校科學技術獎一等獎（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。擁有國家發明專利34余件，其中4件實現企業轉化。曾受邀請在國內外學術會議上作報告29余次，媒體轉載相關研究成果30余次。
（核稿：黃文歡 編輯：劉倩）
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