磁性Fe纳米颗粒嵌入低维杂化碳网络的一步构建及其高效微波吸收性能

针对电磁污染治理需求，研究人员通过一步热解法将Fe-ZIF-L前驱体转化为兼具1D碳纳米管(CNTs)和2D碳层状结构的杂化网络(Fe-NC-700)，实现可调电磁特性。该材料在Ku波段5.0 GHz范围内反射损耗<-10 dB（厚度仅1.67 mm），有效吸收带宽达14.3 GHz，为轻质宽带微波吸收材料(MAMs)设计提供新思路。

　　

随着5G技术的快速发展，电子设备产生的电磁污染已成为威胁人类健康和生态环境的隐形杀手。传统微波吸收材料(Microwave Absorbing Materials, MAMs)因依赖单一损耗机制，难以兼顾轻量化、宽频带和强吸收性能。金属有机框架(Metal-Organic Frameworks, MOFs)衍生物虽展现出结构可调优势，但其单一形态单元仍存在尺寸限制和工艺复杂等问题。如何通过简单方法构建多尺度协同的杂化结构，成为突破性能瓶颈的关键。

针对这一挑战，中国研究人员在《Applied Surface Science》发表研究，提出将二维六方层状沸石咪唑框架(Fe-ZIF-L)通过可控热解转化为低维杂化碳网络的新策略。该团队采用三步关键技术：(1) 室温溶剂热法合成Fe²⁺基MOF前驱体；(2) 梯度温度热解(600-800°C)调控碳纳米管(CNTs)生长；(3) 电磁参数系统测试评估微波吸收性能。

Results and Discussions
通过调控热解温度，成功构建了由Fe纳米颗粒嵌入的氮掺杂碳层状结构(2D)与表面生长的碳纳米管(1D)组成的杂化网络。700°C处理的Fe-NC-700样品展现出最优异的结构特征：适中的CNTs长度和负载量形成连续导电网络，促进电子传输；丰富的异质界面增强界面极化；磁性Fe纳米颗粒引入磁损耗机制。这种多尺度协同效应使材料在30 wt%填充量下，仅需1.67 mm厚度即可覆盖Ku波段5.0 GHz的有效吸收带宽。

Summary
该研究突破传统MOF衍生物的形态限制，通过一步热解法实现1D-2D杂化碳网络的可控制备。Fe-NC-700材料展现出"薄、轻、宽、强"四位一体的优异性能：厚度<2 mm时有效吸收带宽达5.0 GHz；厚度调谐范围1.0-5.0 mm可覆盖89%测试频段(14.3 GHz)，其中10.0 GHz带宽内吸收强度达99%。这种结构设计策略为开发新一代轻质宽带微波吸收材料提供了普适性方案。

研究的重要意义在于：(1) 提出"MOF衍生碳骨架+原位生长CNTs"的创新构思，避免复杂添加剂和蚀刻工艺；(2) 阐明热解温度-形貌特征-电磁性能的构效关系；(3) 通过阻抗匹配与多机制损耗协同优化，实现性能突破。该成果不仅为电磁防护材料设计提供新范式，其低维杂化网络构建思路也可拓展至催化、储能等领域。