MXene 表現(xiàn)出的次優(yōu)阻抗匹配特性（歸因于其較高的電導(dǎo)率）以及 MXene 薄片的團(tuán)聚傾向，極大地限制了 MXene 衍生物在電磁波 (EMW) 吸收領(lǐng)域的實(shí)用性。為了降低電導(dǎo)率并誘導(dǎo)偶極極化，通過利用乙腈作為液氮源將氮摻雜缺陷引入 MXene (Ti
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X)。通過第一性原理計(jì)算揭示了氮摻雜含量為 5.31 at% 時(shí) N-Ti
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X 的金屬電導(dǎo)率。為了減輕 2D MXene 薄片的重新堆疊并增強(qiáng)其在低頻段的吸收性能，插入了磁性嵌入劑。 Co-Zn配位沸石咪唑骨架（ZIF）作為磁性嵌入劑的應(yīng)用已證明極性單元的顯著增強(qiáng)。煅燒后的 ZIF-67@ZIF-8 的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出中空形態(tài)，并表現(xiàn)出高飽和磁化強(qiáng)度，有利于顯著的磁損耗。例如，ZIF-67@ZIF-8/ N-Ti
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x 達(dá)到最寬 EBA 5.36 GHz（2.273 mm，13.00 GHz，R
Lmin = -65.03 dB），最強(qiáng)值 R
Lmin =- 70.43 dB（3.350 mm，7.64 GHz） ，EAB = 3.16 GHz）。此外，本研究采用 COMSOL 模擬來研究 ZIF-67@ZIF-8/N-Ti
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x 對(duì)電流場(chǎng)的響應(yīng)行為，及其電屏蔽屬性和 EWM 場(chǎng)模式。這種創(chuàng)新的多層微結(jié)構(gòu)有效地實(shí)現(xiàn)了介電性能和磁性能之間的理想平衡，從而在連續(xù)多波段電磁波吸收領(lǐng)域展現(xiàn)了巨大的前景。
Fig 1. ZIF-67@ZIF-8 (a) 和 ZIF-67@ZIF-8/N-Ti
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x (b) 的制備過程。
Fig 2. (a-f) 有機(jī)骨架碳化度的典型結(jié)構(gòu)模擬模型；樣品 C1、C2、C3 和 C4 的 TEM 圖像；以及樣品 C1 和 C3 的元素映射； (g)樣品C0、C1、C2、C3和C4的XRD圖； (h) 樣品 C0 的 SEM 圖像；樣品C0、C1、C2、C3和C4的(i)Co 2p和(j)Zn 2p； (f) 元素 Co、Zn、C、N 和 O 的原子比。
Fig 3. (a) 樣本 C0、C1、C2、C3、C4、M1 和 C3M 的 XPS 調(diào)查； (b)樣品M1的Ti 2p和N 1s； (c–d) 樣品 M1 的 SEM 圖像； (f) 樣品 M0、M1 和 CM2 的 XRD 圖； (e, g–l) 樣品 C3M 的 SEM 圖像和元素映射； (m) 樣品 C3M 的典型結(jié)構(gòu)仿真模型。
Fig 4. (a、b)等高線圖反射損耗曲線和三維反射損耗剖面； (c) 阻抗匹配Z； (d、e)樣品C3M和C4M之間的電磁波吸收性能差異； (f) 樣品C3、C4、M1、C3M和C4M的衰減常數(shù)α； (g) ZIF-67@ZIF-8/N-Ti3C2Tx 與報(bào)道材料之間的電磁波吸收性能比較。
Fig 5. (a) 樣品 C3、C4、M1、C3M 和 C4M 的Cole–Cole半圓（ε′與ε″）； (b) 樣品 C3M 在 (b) 電流場(chǎng)上的 COMSOL 模擬； (c、d) 電屏蔽，以及 (e) 電磁波場(chǎng)； (f) C0 值。
Fig 6. 實(shí)數(shù)ε′(a) 和虛數(shù)ε″(b) 復(fù)介電常數(shù)部分、實(shí)數(shù)μ′(c) 和虛數(shù) μ″ (d) 復(fù)磁導(dǎo)率部分、介電損耗 tanδ
ε (e) 和磁損耗 tanδ
μ (f)樣品 C3、C4、M1、C3M 和 C4M； (g) 摻雜氮含量為 5.31 at% 的 N-Ti
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X 的總 DOS 和 PDOS； (h) Ti
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X 和 N-Ti
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X 的平行四邊形原子排列。
Fig 7. (a–c) 樣品 C1、C2、C3 和 C4M 的磁滯回線和磁化強(qiáng)度值； (d) 樣品C3、M0、M1和C3M的電導(dǎo)率值； (e)樣品C0、C1、C2、C3和C4的比表面積值； (f) 吸濾后樣品C3M的柔韌性和電導(dǎo)率； (g)超純水在樣品C3M表面的液體接觸角； (h)電磁波吸收機(jī)制示意圖。
相關(guān)研究工作由華東師范大學(xué)Yenan Song、Zhenjie Zhao和同濟(jì)大學(xué)Wei Lu課題組于2023年聯(lián)合在線發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》期刊上，原文：Morphology-dependent magnetic role of ZIFs in nitrogen-doped MXene as metallic conductor microwave absorber。
https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.145817
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
