研究背景
伴隨著 5G 時代的到來以及科技的快速發(fā)展，越來越多的電子設備走進我們的生活。這些電子設備給我們帶來便利的生活的同時，也給我們帶來了大量的電磁輻射，對人類的健康和生活造成了影響。因此，開發(fā)高性能的電磁波吸收材料和電磁波屏蔽材料非常重要。具有異質界面的碳基復合材料因其優(yōu)異的介電損耗而成為很有前途的電磁波吸收材料（EWAM）。然而，在非磁性復合材料中原位構建超高密度的極性異質界面仍然具有一定挑戰(zhàn)。
為此，陜西科技大學黃文歡課題組采用一種雙金屬-雜化沸石咪唑框架（ZnMo-HZIF）作為前驅體，通過液相刻蝕及高溫熱解的策略，精確合成了具有均勻分布納米級 MoC/NC 異質界面的空心球。材料中 MoC 晶格中的 Mo 缺陷不加速了電荷轉移、增強了界面電荷極化。更重要的是，與復旦大學車仁超教授團隊合作首次通過電子全息圖在納米尺度下直接觀察到 MoC(-)/carbon(+)界面上的極化電荷分布，對電磁衰減過程中界面極化的原子級理解將極大地促進非磁性碳基 EWAM 的設計合成。該成果發(fā)表于學術期刊 Journal of Materials Chemistry A，并選為封面文章(Outside Front Cover)。
研究亮點
亮點 1：液相刻蝕及高溫熱解制備 H-MoC/NC 空心球
采用 ZnMo 前驅體，通過對物化合成手段的精確調控，獲得了 H-MoC/NC 空心球。ZnMo-HZIF 在刻蝕溶液中通過溶解擴散速率差導致了球形超薄結構的形成，對于構造納米級的異質極化界面及獲得高的阻抗匹配具有重要的意義。
▲ | 圖 1. H-MoC/NC 空心球合成路徑及機理示意圖 |
▲ | 圖 2. H-MoC/NC 空心球的表征 |
亮點 2：電磁波損耗及阻抗匹配的精確調控
由于 H-MoC/NC 空心球的高電子傳導、高分散的納米級極化界面、高密度的原子缺陷及化學偶極，展現出了優(yōu)異的介電損耗、偶極極化損耗和界面極化損耗協(xié)同作用（圖 3）。此外，進一步通過 H-MoC/NC 中空結構的合理構造，增強了材料的阻抗匹配，因此展現出了最優(yōu)的電磁波吸收（圖 4）。
▲ | 圖 3. 電磁波損耗及特征吸收表征 |
▲ | 圖 4. 阻抗匹配及電磁波吸收性能 |
亮點 3：納米級 MoC/NC 異質界面的精確構造及觀測
通過高分辨透射電子顯微鏡、電子全息及電荷分布圖，首次直接觀測到納米級的 MoC(-)/carbon(+)異質界面以及界面兩側的電荷分布（圖 5），解明了 H-MoC/NC 超薄空心球的合成及電磁波損耗機理。
▲ | 圖 5. HR-TEM、電子全息、電荷分布圖、合成機理及電磁波損耗機理圖 |
文章信息
Hollow MoC/NC sphere for electromagnetic wave attenuation: direct observation of interfacial polarization on nanoscale hetero-interfaces
Wenhuan Huang*（黃文歡，陜西科技大學）, Wenming Gao, Shouwei Zuo, Luxi Zhang, Ke Pei, Panbo Liu, Renchao Che*（車仁超，復旦大學） and Huabin Zhang*（張華彬，阿卜杜拉國王科技大學）
J. Mater. Chem. A, 2022,10, 1290-1298
http://doi.org/10.1039/D1TA09357F
陜西科技大學相關作者
高文明，2019 年至今就讀于陜西科技大學，在黃文歡課題組攻讀碩士學位。研究課題為電磁波吸收材料的設計合成，目前已發(fā)表了 SCI 論文一篇。
陜西科技大學
黃文歡，陜西科技大學化學與化工學院，副教授。2005.9-2014.7 年就讀于西北大學并獲得博士學位（導師：王堯宇教授），2016.3-2017.3 年在美國亞利桑那大學進行訪問研究（合作導師：鄭智平教授），2017.11-2020.4 年在中國科學院福建物質結構研究所進行博士后研究（合作導師：張健研究員）。主要從事金屬有機框架及功能團簇化合物的設計合成及其在光/電催化、吸波、能源存儲及轉換方面的應用等研究工作。
近年來主持國家項目 1 項、省部級各類項目 6 項，獲得陜西省高?？茀f(xié)青年人才托舉計劃項目。在 Nano-Micro Letters、Journal of Materials Chemistry A、Energy & Environmental Materials、Chemical Engineering Journal、Materials Chemistry Frontiers、Chemical Communications、Carbon、Journal of Power Sources、Nanoscale、Chemistry-A European Journal、Inorganic Chemistry、Crystal Growth & Design 等國際期刊上發(fā)表 SCI 論文 40 余篇，綜述 3 篇。其中第一/通訊作者論文 36 篇，受邀撰寫綜述 3 篇，高被引論文 5 篇，熱點論文 2 篇。授權國家發(fā)明專利 3 項。組織本科生學生參加“挑戰(zhàn)杯”課外學術科技競賽獲得省級獎項 3 項，省級創(chuàng)新基金 1 項，校級獎項 2 項；培養(yǎng)研究生獲得“優(yōu)秀畢業(yè)生”、“優(yōu)秀碩士畢業(yè)論文”、“國家獎學金”、“研究生高水平科研成果獎勵”等。
