成果简介
具有高孔隙率的磁性金属/碳复合气凝胶正在成为用于电磁衰减和热管理的优秀功能材料，因为其独特的结构优势不仅能增强电磁能量消耗，还能阻碍热传导。在此，本文，哈尔滨工业大学韩喜江 教授、杜耘辰 教授团队等在《J. Mater. Chem. A》期刊发表名为“Synthesis of graphene oxide-mediated high-porosity Ni/C aerogels through topological MOF deformation for enhanced electromagnetic absorption and thermal management”的论文，研究采用Ni-MOFs作为前驱体，在氧化石墨烯（GO）纳米片存在下诱导其拓扑形变，最终获得了由GO纳米片和Ni-MOF纤维组成的复合气凝胶。
研究发现，在高温热解过程中，GO纳米片可以抵抗复合气凝胶的热收缩，并使得到的 Ni/C@rGO复合气凝胶（NCGCAs）具有极高的孔隙率（96.4%）和极低的密度（0.04 g cm-3）。电磁分析表明，结构和成分的变化有效地增强了 NCGCA 的整体损耗能力，从而明显改善了厚度较薄（12.8-18.0 GHz，1.5 毫米）的宽带响应。NCGCA 的良好电磁吸收性能明显优于许多已报道的 Ni/C 气凝胶。此外，NCGCA 的结构优势还证明了其在热管理方面的潜在应用。这种由GO介导的MOF变形是形成高孔隙率磁性金属/碳复合气凝胶的一种有前途的策略，可能会在不同领域带来一些意想不到的好处。
图文导读
图1、NCGCA 的制造示意图（a）。NCCA (b)、NCGCA-1 (c)、NCGCA-2 (d) 和 NCGCA-3 (e) 的扫描电镜图像。NCCA (f) 和 NCGCA-2 (g) 的 TEM 图像。NCGCA-2的HR-TEM 图像（h-j）。NCGCA-2 的 STEM 图像（k）及其相应的 Ni（l）和 C（m）的 EDX 元素图谱，以及 NCGCA-2 的数码照片（n）。
图2 、XRD图谱（a）。TG曲线（b）和碳和Ni的相对含量（c）。拉曼光谱 （d）。磁滞回线 （e） 以及 NCCA 和 NCGCA 的 BET 表面积和孔体积 （f） 的直方图。
图3、 N2吸附-解吸等温线（a）。NCCA和NCGCA的汞渗入-渗出等温线（b）和孔径分布曲线（c）。
图4a 和 b 显示了 2.0–18.0 GHz 范围内 NCCA 和 NCGCA 的频率相关曲线和曲线。图4c 和 d 显示了 NCCA 和 NCGCA 的 和 值。图4e-h显示了NCCA和NCGCA的3D RL图。图4i显示了所有样品的最大EAB和相应的厚度
图5、 NCGCA-2 （a） 中电磁波吸收机理示意图。基于PEC（b）、NCCA（c）、NCGCA-1（d）、NCGCA-2（e）和NCGCA-3（f）平面波理论的远场响应。RCS模拟了PEC、NCCA和NCGCAs不同扫描角度的曲线（g–j）。
图6 、NCCA（a）、NCGCA-1（b）、NCGCA-2（c）和NCGCA-3（d）不同加热时间的保温照片，以及NCCA和NCGCAs加热平台温度与上表面温度的温差曲线（e）。
小结
通过GO介导的Ni-MOF拓扑变形和随后的高温热解，成功构建了一系列具有极高孔隙率的Ni/C@rGO复合气凝胶（NCGCAs）。GO纳米片在热解过程中抵抗Ni-MOF骨架的热收缩方面发挥着极其重要的作用。低收缩比以及从GO到rGO的转换，为NCGCA的介电损耗能力做出了坚实的贡献。当合理调节GO纳米片的用量时，所得复合气凝胶NCGCA-2将具有强大的衰减能力和匹配阻抗。因此，它可以表现出良好的电磁 （EM） 吸收性能，特别是对于其厚度减小的广泛电磁响应。此外，高孔隙率结构也使NCGCA成为热管理的有前途的候选者，因为它们在隔热方面表现出显著的改善。作者认为，GO介导的拓扑MOFs变形可能为磁性金属/碳复合气凝胶的设计开辟一条新的途径，并提升其在各个应用领域的性能。
文献：https://doi.org/10.1039/D4TA00125G
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