《Diamond and Related Materials》：Tuning the dielectric response characteristics of ZIF-8@PDA derived carbon composites for high-efficiency microwave absorption
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摘要为应对电磁污染问题，亟需轻质高效的微波吸收材料。本文制备了壳层厚度可控的核壳结构ZIF-8@PDA前驱体，并在600–900 °C下热解获得ZIF-8@NC复合材料。系统研究了热解温度和多巴胺聚合时间对微观结构、介电响应及微波吸收性能的影响。经10 h聚合、800 °C热
摘要
为应对电磁污染问题，亟需轻质高效的微波吸收材料。本文制备了壳层厚度可控的核壳结构ZIF-8@PDA前驱体，并在600–900 °C下热解获得ZIF-8@NC复合材料。系统研究了热解温度和多巴胺聚合时间对微观结构、介电响应及微波吸收性能的影响。经10 h聚合、800 °C热解所得复合材料表现出最优性能：最小反射损耗为?49.18 dB，对应厚度2.28 mm，有效吸收带宽为2.81 GHz。其优异的吸收性能源于导电损耗、界面极化和多重散射的协同介电损耗。本研究通过协同优化热解温度和壳层厚度，为设计高性能MOF衍生微波吸收材料提供了可行的策略，并对石墨化、缺陷工程和阻抗匹配之间的耦合效应提供了深刻见解。
引言
5G通信、雷达探测和电子设备的快速发展加剧了电磁干扰和辐射污染问题。因此，制备兼具薄、轻、宽、强特点的高性能微波吸收材料已成为材料科学领域的关键焦点[1]、[2]、[3]。碳基复合材料因其低密度、可调介电性能和化学稳定性而备受青睐[4]、[5]。近年来，通过多种策略在设计碳基微波吸收材料方面取得了重大进展，包括具有优异电磁波响应和防腐蚀屏障的空心碳微球[6]、通过限域配位生长实现的含小尺寸Co纳米颗粒和结构缺陷的碳纳米纤维[7]，以及通过低温氧化诱导相演化构建梯度磁性异质界面以实现卓越电磁波吸收[8]。此外，作为过渡金属的锌（Zn）可通过引入缺陷偶极、调制介电常数和构建导电网络来增强电磁波的介电损耗，同时改善阻抗匹配。这些特性使Zn成为实现轻质高效微波吸收的有价值元素[9]、[10]、[11]。
利用锌的作用，含锌金属有机框架（MOF）衍生碳材料在电磁波吸收领域展现出巨大潜力。这归因于其经热解后形成的可调控多孔结构、高比表面积以及均匀分布的金属/杂原子掺杂位点，不仅保留了Zn的损耗贡献，还促进了丰富界面和导电网络的构建[12]、[13]、[14]。然而，单一MOF衍生碳材料通常存在阻抗匹配差和损耗机制单一的问题，限制了其微波吸收性能的进一步提升。为解决这些局限性，已探索了多种改性策略。例如，具有空心腔体和多重异质界面的分层Co2P/CoS2@C@MoS2复合材料已展现出宽频电磁波吸收能力[15]。通过可控氮化实现的异质界面工程也被证明可使Mo1.33B2Tx纳米片实现GHz至THz的宽带吸收[16]，而经界面工程处理的Mo2C MXenes则实现了兼具高性能电磁吸收和隔热功能[17]。此外，通过ZIFs的可控热解已开发出兼具微波吸收和热管理性能的双功能核壳复合材料[18]。
近期，构建核壳MOF@PDA前驱体并进行热解已成为增强微波吸收的有效策略[19]、[20]。PDA具有强粘附力、高碳产率和丰富的氮元素，形成氮掺杂碳壳层，与MOF衍生碳核形成多级异质界面，从而增强界面极化。同时，热解温度对石墨化、导电性、氮掺杂构型、孔隙率和异质界面完整性具有关键影响，从而决定介电响应和阻抗匹配[21]、[22]。此外，金属@碳纳米片的异质界面协同工程已被证明可实现电磁波吸收和电化学储能的双功能[23]、[24]。
然而，热解温度和壳层厚度对介电性能和吸收性能的协同效应尚未被系统探索，石墨化、氮掺杂、界面极化和阻抗匹配之间的关联仍不明确。本文通过控制多巴胺聚合时间合成了壳层厚度可调的核壳ZIF-8@PDA前驱体，并在600–900 °C下进行热解。系统研究了热解温度和壳层厚度对微观结构、介电响应和微波吸收的协同效应。通过分析相组成、形貌、孔结构和电磁参数，我们建立了石墨化、氮掺杂、界面极化和阻抗匹配之间的关系，阐明了介电弛豫行为的演变，为设计高性能碳基微波吸收材料提供了理论指导。
章节摘要
复合材料的制备
ZIF-8的合成方法为：将300 mg硝酸锌六水合物溶于10 mL甲醇，660 mg 2-甲基咪唑溶于20 mL甲醇。将两种溶液混合搅拌1 h，形成悬浮液。所得ZIF-8通过离心收集、洗涤并干燥。
接下来，将0.03 g多巴胺（DA）和0.3 g ZIF-8加入45 mL甲醇中。混合物超声处理5 min，然后搅拌12 h。反应完成后，通过收集产物
结果与讨论
ZIF-8@NC复合材料的合成流程如图1所示。首先，以硝酸锌六水合物为锌源、2-甲基咪唑为有机配体，通过搅拌诱导自组装合成ZIF-8前驱体。随后，引入多巴胺（DA）在ZIF-8表面聚合包覆，形成核壳结构ZIF-8@PDA。最后，在惰性气氛下热解，得到一系列ZIF-8@NC复合材料。
相组成
结论
通过可控PDA包覆和高温热解，成功制备了ZIF-8@NC复合材料。热解温度和壳层厚度可有效调控石墨化程度、缺陷分布、氮掺杂状态和阻抗匹配。800 °C热解样品表现出最佳的介电性能和微波吸收行为。ZIF-8@NC-10 h达到最优综合性能，其最小反射损耗为?49.18 dB，对应厚度2.28 mm，且
CRediT作者贡献声明
李倩：撰写——初稿、方法论、调查、概念化。金永辉：调查。刘广浩：调查。冯若冰：调查。戴琴：调查。石桂梅：调查。王楠：撰写——审阅与编辑、概念化。戴雨祥：撰写——审阅与编辑、概念化。张博文：撰写——审阅与编辑、概念化。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的可能影响本文所报告工作的财务利益或个人关系。
致谢
本工作得到辽宁省自然科学基金项目（编号：2025-BS-0619）和辽宁省教育厅（编号：LJ212411035012）的资助。
李倩|金永辉|刘广浩|冯若冰|戴琴|石桂梅|王楠|戴雨祥|张博文
