成果简介
最近，普鲁士蓝类似物（PBAs）因其在高温热解后转变为介电/磁耦合复合材料并能保持其基本形态而备受关注。然而，利用 PBAs 设计高效的微波吸收材料仍是一项挑战。本文，北京化工大学 赵东林 教授团队在《Cabron》期刊发表名为“Graphene aerogel encapsulated double carbon shell CoFe@C@C nanocubes for construction of high performance microwave absorbing materials”的论文，研究采用简单的湿化学合成方法制备了 PBA，并在其外层封装了聚多巴胺（PDA）碳壳和石墨烯气凝胶（GA）。经过高温热处理后，金属元素还原成磁性 CoFe 合金，有机配体和 PDA 炭化成碳壳，形成石墨烯包覆双碳壳包覆核壳结构（CFCCG）。其中，Co-Fe PBA 中 Co 原子和 Fe 原子优异的磁性导致的磁滞损耗可吸收电磁波，有助于优化阻抗匹配；PDA 在高温下碳化成碳壳，有利于保持复合材料的形貌，从而提高复合材料的比表面积，改善电子导电性。
此外，为了降低复合材料的密度，还引入了低密度、高损耗的石墨烯。石墨烯的加入不仅保持了 Co-Fe PBA 的原有形态，加速了电子转移，还提高了复合材料的微波吸收能力。同时，在适当温度下对材料进行热处理有助于增大比表面积，增加电磁波进入材料的概率，此外多孔结构还能增加多次反射的概率。厚度仅为 2.33 毫米的 CFCCG7 的 EAB 为 6.32 GHz，RLmin 为 -63.33 dB，其有效微波吸收范围包括整个 Ku 波段。这项研究为合理设计基于 MOFs 的有效微波吸收复合材料提供了一种新方法。
图文导读
图1、a）显示了CoFe@C的制备过程和Co-Fe PBA框架示意，b）显示了Co-Fe PBA衍生的CFCC的制备方法，c）是Co-Fe PBA/GA在蒲公英上的照片。d）显示了CFCCG的制备过程
图2.（a） Co-Fe PBA的XRD图谱;（b） Co-Fe PBA@PDA;（c） Co-Fe PBA@PDA/GA;（d） 氟氯化碳;（e） 氟氯化碳;（f） CFCCGx;（g） CFCx的拉曼光谱;（h） 氟氯化碳;（i） CFCCGx （x = 6,7,8）。
图3、采用透射电镜（TEM）和扫描电镜（SEM）对复合材料形貌进行了表征。Co-Fe PBA的SEM图像，平均尺寸约为200 nm
图4、VSM用于表征CFCx、CFCCx和CFCCGx的磁特性
图5.（a–c） CFC7、（d–f） CFCC7 和 （g–i） CFCCG7 的三维图、相应的投影图像和 RL 的最优曲线
图6。（a–c）CFC7、（d–f）CFCC7和（g–i）CFCCG7的RL的三维图、相应的投影图像和最佳曲线。
图7. CFCCG7 复合材料的电磁吸收机制示意图。
小结
综上所述，采用湿化学法制备了 Co-Fe PBA 前驱体，然后分别通过搅拌自聚合和水热法制备了 Co-Fe PBA@PDA/GA。而 CFCx、CFCCx 和 CFCCGx 复合材料则是通过对前驱体进行不同温度的热处理制备而成。其中，CFCCGx 复合材料中石墨烯的加入可使 CoFe@C@C 纳米管均匀分散，带来大量异质界面，从而提高介电损耗。通过控制热处理温度，不仅可以调节碳壳的石墨化程度和还原氧化石墨烯的还原程度，还可以调节材料的导电率，从而进一步影响阻抗匹配。在只有 20% 负载的情况下，三种温度热处理得到的复合材料都具有一定的微波吸收能力。通过 700 °C 热处理得到的 CFCCG7 具有最优异的微波吸收特性，在厚度为 2.33 mm 时，14.9 GHz 的RLmin为 -63.33 dB，此外，在此厚度下，覆盖整个 Ku 波段的 EAB 为 6.32 GHz。这为合理设计具有多层核壳结构的高效 MOF 基微波吸收材料提供了新的视角，也为合理设计 PBA 基复合材料提供了新的方法。
文献：https://doi.org/10.1016/j.carbon.2024.119081
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