化工学院黄文欢团队在《Advanced Functional Materials》上发表碳化钼晶相界面调控电磁损耗机理的研究工作

为了解决因电子设备广泛使用而造成的日益严重的电磁污染问题，民用和军用部门一直在积极开展研究，致力于探索创新且有效的电磁波（EMW）吸收材料。追求轻量化、高效且广谱的EMW吸收材料一直是持续努力的方向。碳化钼（MoC_x）是早期过渡金属碳化物的重要成员，以其独特的电性能和化学稳定性而著称，因此成为电磁波吸收领域中一个极具潜力的竞争者。然而，在复合材料中掺入介电或磁性元件会损害其所需的轻质特性。此外，不同材料之间的异质界面需要复杂的制备过程，这阻碍了对界面结构的精确控制，从而限制了微调电磁参数以实现电磁波吸收的能力。极化界面的相位工程对于改变电磁波衰减过程中的介电损耗具有重要意义，但在复杂的混合系统中却难以实现。因此，制备具有丰富电磁波消耗机制的均质MoCx吸收材料，以实现理想的吸收性能，仍然是一个重大的挑战。

针对上述问题，近日，陕西科技大学化学与化工学院黄文欢教授团队与西安石油大学黄海教授合作，在轻质MoCx纳米花中构建了具有匹配费米能级和闭合功函数特性的β/γ-MoCx@CN双相结构，研究电导/极化损耗的内部机制并阐明其在介电常数衰减中的贡献。相关工作在《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”为题发表。

本文亮点

1. 在相杂化的β/γ-MoCx@CN中构建的异质界面结构预期能够通过操控MoCx的d轨道，有效促进更快的电子/离子迁移，从而提升其内在电导率。增强的电导率不仅减轻了趋肤效应，还确保了入射电磁波进入吸收材料时的适当电导损耗。

2. β/γ-MoCx@CN中丰富的相界面使其在宽频范围内实现界面极化。结合理论计算证明合成过程中产生的钼空位作为点缺陷，导致的局部电荷不均匀分布促成了偶极取向极化。掺杂的氮原子和MoCx与碳基质的电子耦合形成了多种化学键，增强了偶极极化，这些多重极化的集成最终赋予了复合材料优异的介电性能。

3. β/γ-MoCx@C复合材料具有大量特定表面积，通过增大表面积有效消耗入射电磁波，促进多重散射效应，并增强入射EMW的反射。此外，这些混合纳米结构提供了丰富的电子活性位点和高载流子浓度，最终改善了微波能量的衰减，为电磁波吸收材料开发设计提供了一个很好的范例。

图文解析

图1. 双相 β/γ-MoCx@CN 的组装及理论计算

图2. β/γ-MoCx@CN的优异电磁波吸收性能

图3. 双相β/γ-MoCx@CN的电磁参数、阻抗特性及介电性能

图4. 双相β/γ-MoCx@CN的电磁波响应的基本机制

图5. 双相β/γ-MoCx@CN中的独特结构及多重散射和极化现象

图6. 系列MoCx@CN 的 RCS 模拟和电磁波吸收机制

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202410194

新闻小贴士：

黄文欢，主要从事多氮唑杂化框架的设计合成，能源存贮及转化、电磁波吸收屏蔽、固态电池关键材料的应用研究。担任《EcoMat》顾问委员会成员、《Rare Metals》、《稀有金属》中英两刊青年编委；《Tungsten》青年编委；《Rare Metal Materials and Engineering》《稀有金属材料与工程》中英两刊青年编委；《Chinese Journal of Structural Chemistry 》(《结构化学》)青年编委，入选“2023年度全球前2%顶尖科学家榜单”，陕西省特支计划-青年拔尖人才、陕西省科技新星等人才计划项目4项，近年来主持国家项目2项、省部级各类科研项目11项等，获得陕西省高校科学技术奖一等奖（第1完成人）1项。在Angew Chem. Int. Ed.（2篇）、Advanced Materials（2篇）、Advanced Functional Materials（2篇）、Advanced Science（1篇）等国际期刊上发表SCI论文70篇，其中受邀撰写综述6篇，高被引论文13篇，热点论文3篇。拥有国家发明专利34余件，其中4件实现企业转化。曾受邀请在国内外学术会议上作报告29余次，媒体转载相关研究成果30余次。

（核稿：黄文欢 编辑：刘倩）