鑽石舞台

1.基於MOF直接誘導GO凝膠策略，合成了MOF/rGO雜化氣凝膠。

以MOF和GO為微納結構基元構築的三維超輕質MOF/rGO雜化氣凝膠，在能量儲存與轉化、環境治理、微波吸收等領域有着廣闊的應用前景。南京信息工程大學電磁功能材料研究團隊報道了一種基於MOF直接誘導GO凝膠策略合成的MOF/rGO雜化氣凝膠，揭示了MOF/rGO濕凝膠的形成機理，研究了MOF/rGO氣凝膠衍生的超輕磁-介電氣凝膠的微波吸收性能，闡明了磁-介電氣凝膠多尺度多組分電磁損耗機制。以MIL-88A納米棒為例，暴露在MIL-88A納米棒表面的自由金屬離子可作為交聯劑，通過金屬-氧共價或靜電相互作用將GO納米片誘導組裝形成三維多孔網絡結構。歸因於多級孔結構和異質界面工程的協同效應，MOF/rGO氣凝膠衍生的超輕磁-介電氣凝膠在極低的填充量(0.7和0.6 wt%)下同時實現了寬頻和強吸收。具體而言，Fe3O4@C/rGO在厚度為2.5 mm時，反射損耗達到-58.1 dB、有效吸收帶寬為6.48 GHz；Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO在厚度為2.8 mm時，反射損耗達到-46.2 dB，有效吸收帶寬為7.92 GHz。此外，採用雷達截面模擬計算進一步驗證了所製備氣凝膠優異的微波衰減能力。這項工作為製備多級孔結構的MOF/rGO雜化氣凝膠及超輕型微波吸收材料提供了有效途徑。

圖1顯示了三維MOF/rGO氣凝膠及其衍生氣凝膠的製備過程。GO水溶液和預合成的MOF (MIL-88A)晶體懸浮液在劇烈搖晃的條件下混合均勻。由於MIL-88A晶體表面的自由Fe³⁺和GO表面含氧官能團之間的金屬-氧共價或靜電相互作用，防止不溶性MIL-88A納米棒在混合溶液中沉澱，從而提供了穩定的懸浮液。在適度的加熱條件下，混合懸浮液即可凝膠，經過冷凍乾燥得到MOF/rGO氣凝膠，熱處理後獲得MOF/rGO衍生氣凝膠。

IIMOF/rGO濕凝膠的形成機理

IIIMOF/rGO衍生磁-介電氣凝膠的微觀結構

IVMOF/rGO衍生磁-介電氣凝膠的吸波性能

Fe₃O₄@C/rGO和Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠顯示出優異的吸波性能，在超低填充量(0.7和0.6 wt%)條件下同時實現了寬頻和強吸收。Fe₃O₄@C/rGO在厚度為2.5 mm時，反射損耗達到-58.1 dB、有效吸收帶寬為6.48 GHz；Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO在厚度為2.8 mm時，反射損耗達到-46.2 dB，有效吸收帶寬為7.92 GHz。兩種氣凝膠的吸波性能差異歸因於原始MOF納米棒的尺寸和組成對電磁響應能力的差異。與近期文獻中報道的尖晶石結構的複合材料相比，Fe₃O₄@C/rGO和Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠在填充量和帶寬方面都具有明顯優勢。此外，本文採用TLSW值，即反射損耗×帶寬/厚度/填充量，來評價高效吸波材料的綜合性能。與文獻報道的高性能吸波材料相比，Fe₃O₄@C/rGO和Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠具有較高的TLSW值，反映了其出色的微波吸收性能。

VMOF/rGO衍生磁-介電氣凝膠的雷達截面模擬

採用CST模擬計算驗證了MOF/rGO衍生氣凝膠的微波吸收性能。結果表明Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠在X波段具有較優的微波吸收性能，而Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠在Ku波段的散射信號弱於Ni摻雜Fe₃O₄@C/rGO氣凝膠。

VIMOF/rGO衍生磁-介電氣凝膠的吸波機理

宏觀層面上，三維多孔結構促使電磁波能充分進入氣凝膠內部。電磁波在多孔空間中的多次隨機反射和散射，提供了良好的阻抗匹配。微觀層面上，入射電磁波被由rGO納米片、Fe₃O₄@C或Ni摻雜Fe₃O₄@C納米膠囊和鐵磁性納米顆粒組成的多組分胞壁捕獲並衰減。氣凝膠胞壁中的多重極化弛豫包括由rGO骨架上的缺陷和含氧官能團引起的偶極極化，以及Fe₃O₄@C或Ni摻雜Fe₃O₄@C納米膠囊、鐵磁性納米顆粒和石墨烯片之間的多重異質界面極化。氣凝膠胞壁的互連導電結構能有效促進導電損耗。此外，空間上分散的鐵磁納米顆粒懸浮在多孔的三維框架內，提供了一個多尺度的磁網絡空間，可有效增強磁響應能力。因此，多組分多結構的磁電共損效應使得MOF/rGO衍生磁-介電氣凝膠具有優異的微波吸收性能。