MXene 表现出的次优阻抗匹配特性（归因于其较高的电导率）以及 MXene 薄片的团聚倾向，极大地限制了 MXene 衍生物在电磁波 (EMW) 吸收领域的实用性。为了降低电导率并诱导偶极极化，通过利用乙腈作为液氮源将氮掺杂缺陷引入 MXene (Ti₃C₂T_X)。通过第一性原理计算揭示了氮掺杂含量为 5.31 at% 时 N-Ti₃C₂T_X 的金属电导率。为了减轻 2D MXene 薄片的重新堆叠并增强其在低频段的吸收性能，插入了磁性嵌入剂。 Co-Zn配位沸石咪唑骨架（ZIF）作为磁性嵌入剂的应用已证明极性单元的显着增强。煅烧后的 ZIF-67@ZIF-8 的结构呈现出中空形态，并表现出高饱和磁化强度，有利于显着的磁损耗。例如，ZIF-67@ZIF-8/ N-Ti₃C₂T_x 达到最宽 EBA 5.36 GHz（2.273 mm，13.00 GHz，R_Lmin = -65.03 dB），最强值 R_Lmin =- 70.43 dB（3.350 mm，7.64 GHz） ，EAB = 3.16 GHz）。此外，本研究采用 COMSOL 模拟来研究 ZIF-67@ZIF-8/N-Ti₃C₂T_x 对电流场的响应行为，及其电屏蔽属性和 EWM 场模式。这种创新的多层微结构有效地实现了介电性能和磁性能之间的理想平衡，从而在连续多波段电磁波吸收领域展现了巨大的前景。

 
Fig 1. ZIF-67@ZIF-8 (a) 和 ZIF-67@ZIF-8/N-Ti₃C₂T_x (b) 的制备过程。

 
Fig 2. (a-f) 有机骨架碳化度的典型结构模拟模型；样品 C1、C2、C3 和 C4 的 TEM 图像；以及样品 C1 和 C3 的元素映射； (g)样品C0、C1、C2、C3和C4的XRD图； (h) 样品 C0 的 SEM 图像；样品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) 样本 C0、C1、C2、C3、C4、M1 和 C3M 的 XPS 调查； (b)样品M1的Ti 2p和N 1s； (c–d) 样品 M1 的 SEM 图像； (f) 样品 M0、M1 和 CM2 的 XRD 图； (e, g–l) 样品 C3M 的 SEM 图像和元素映射； (m) 样品 C3M 的典型结构仿真模型。

 
Fig 4. (a、b)等高线图反射损耗曲线和三维反射损耗剖面； (c) 阻抗匹配Z； (d、e)样品C3M和C4M之间的电磁波吸收性能差异； (f) 样品C3、C4、M1、C3M和C4M的衰减常数α； (g) ZIF-67@ZIF-8/N-Ti3C2Tx 与报道材料之间的电磁波吸收性能比较。

 
Fig 5. (a) 样品 C3、C4、M1、C3M 和 C4M 的Cole–Cole半圆（ε′与ε″）； (b) 样品 C3M 在 (b) 电流场上的 COMSOL 模拟； (c、d) 电屏蔽，以及 (e) 电磁波场； (f) C0 值。

 
Fig 6. 实数ε′(a) 和虚数ε″(b) 复介电常数部分、实数μ′(c) 和虚数 μ″ (d) 复磁导率部分、介电损耗 tanδ_ε (e) 和磁损耗 tanδ_μ (f)样品 C3、C4、M1、C3M 和 C4M； (g) 掺杂氮含量为 5.31 at% 的 N-Ti₃C₂T_X 的总 DOS 和 PDOS； (h) Ti₃C₂T_X 和 N-Ti₃C₂T_X 的平行四边形原子排列。

 
Fig 7. (a–c) 样品 C1、C2、C3 和 C4M 的磁滞回线和磁化强度值； (d) 样品C3、M0、M1和C3M的电导率值； (e)样品C0、C1、C2、C3和C4的比表面积值； (f) 吸滤后样品C3M的柔韧性和电导率； (g)超纯水在样品C3M表面的液体接触角； (h)电磁波吸收机制示意图。
 
        相关研究工作由华东师范大学Yenan Song、Zhenjie Zhao和同济大学Wei Lu课题组于2023年联合在线发表在《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

转自《石墨烯研究》公众号