成果简介
为了解决日益严重的电磁辐射问题，迫切需要探索有效的电磁波吸收器。本文，西北工业大学赵廷凯教授团队在《 Chem. Eng. J. 》期刊发表名为“High-efficient electromagnetic wave absorption of coral-like Co/CoO/RGO hybrid aerogels with good hydrophobic and thermal insulation properties”的论文，研究通过冷冻干燥-热还原策略合成了一系列珊瑚状的Co/CoO纳米颗粒/还原氧化石墨烯（Co/CoO/RGO）混合气凝胶。它们的优点涉及多孔互连框架、丰富的异构界面以及介电/磁性单元的集成，可以带来多种损耗模式。通过操纵Co(CO3)0.5(OH)-0.11H2O(CCOH)的添加量和还原温度，可以调整电磁参数，最终获得最佳吸收能力，最大反射损耗为-32.4dB，有效带宽为4.2GHz。
更重要的是，除了高电磁波损耗外，Co/CoO/RGO混合气凝胶还表现出良好的疏水性和隔热性能，使其适合应用于恶劣环境。此外，特殊的结构和多种成分导致气凝胶中出现多个异质界面，由此产生的界面极化被认为是造成电磁波损耗的原因。在此，我们采用基于第一原理的密度泛函理论（DFT）模拟，从理论层面验证界面极化的贡献。根据仿真结果，在构成异质界面的不同相之间，费米级附近的电子占位状态有明显的不同，并且在这些界面上有明显的电荷积累，成功地肯定了不同界面上的界面极化行为。
图文导读
如图1所示，通过冷冻干燥-热还原方法制备了珊瑚状Co/CoO/RGO混合气凝胶。具体来说，CCOH和GO在PVA的帮助下通过氢键组装成多孔交联的3D框架，然后进行热还原处理。获得的Co/CoO/RGO杂化气凝胶有望表现出优异的隔热性、高疏水性和优越性。
图1、 Co/CoO/RGO混合气凝胶的制造工艺及其多功能性（如疏水性、隔热性和电磁波损失）示意图。
图2. (a,b)海胆状CCOH，(c)GO，(d)CCOH/GO2，(e,f)Co/CoO/RGO2-500，(g,h)Co/CoO/RGO2-600，(i,j)Co/CoO/RGO2-700和(k,l)Co/CoO/RGO2-800的扫描图像。(m) Co/CoO/RGO2-500, (n) Co/CoO/RGO2-600, (o) Co/CoO/RGO2-700, (p) Co/CoO/RGO2-800中单个珊瑚状Co/CoO纳米颗粒的高分辨率SEM图像。
图3. (a) Co/CoO/RGO2-600的低分辨率和(b) 高分辨率TEM图像。(c-e) (b)中标记区域的放大图像。(f)Co/CoO/RGO1-600、(g)Co/CoO/RGO2-600和(h)Co/CoO/RGO3-600气凝胶的N2吸附-解吸等温线。(i)GO和(j)海胆状CCOH的XRD图案。在不同的（k）还原温度和（l）CCOH/GO比例下合成的Co/CoO/RGO混合气凝胶的XRD图。(m) GO的拉曼光谱。以不同的（n）还原温度和（o）CCOH/GO比例制备的Co/CoO/RGO混合气凝胶的拉曼光谱。以不同的（p）还原温度和（q）CCOH/GO比例制备的Co/CoO/RGO混合气凝胶的磁滞环。
图4. (a) Co/CoO/RGO2-500, (b) Co/CoO/RGO2-600, (c) Co/CoO/RGO2-700, (d) Co/CoO/RGO2-800, (e) Co/CoO/RGO1-600和 (f) Co/CoO/RGO3-600的WCA。在(g)不同的还原温度和(h)CCOH/GO比例下制备的Co/CoO/RGO混合气凝胶的WCA。(i)染色的碱性溶液（蓝色，pH14），(j)纯水（黄色，pH7）和(k)酸性溶液（粉红色，pH1）在Co/CoO/RGO混合气凝胶表面的照片。(l-q)Co/CoO/RGO混合气凝胶在加热平台上加热1、20、40、60分钟后的红外图像。
图5.（a）复介电常数的实部，（b）复介电常数的虚部，（c）介电损耗因数，（d）复数磁导率的实部，（e）复磁导率的虚部，（f）由不同还原温度制成的Co/CoO/RGO杂化气凝胶的磁损耗因数。（g）复介电常数的实部，（h）复介电常数的虚部，（i）介电损耗因子，（j）复磁导率的实部，（k）复磁导率的虚部，（l）由不同CCOH/GO比制备的Co/CoO/RGO杂化气凝胶的磁损耗因数。
图6.不同Co/CoO/RGO混合气凝胶的二维轮廓图
图7.Co/CoO/RGO杂化气凝胶的电磁波吸收机理示意图。
图8、DFT 计算
小结
本文采用简单的冻干-热还原方法，合成了具有三维多孔结构的珊瑚状Co/CoO/RGO混合气凝胶，构建了多个异质界面、导电网络和锯齿形电磁波传输通道。通过调节Co/CoO添加量和热还原温度，可以极大地促进电磁波吸收性能。本文采用简单的冻干-热还原方法，合成了具有三维多孔结构的珊瑚状Co/CoO/RGO杂化气凝胶，构建了多个异质界面、导电网络和锯齿形电磁波传输通道。通过调节Co/CoO添加量和热还原温度，可以极大地促进电磁波吸收性能。
文献：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144535
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