类型a：学术研究报告

1. 研究作者及机构
本研究的作者包括Zhiqiang Guo（湖北汽车工业学院材料科学与工程学院）、Xiaoyi Zhang（青岛大学材料科学与工程学院）、Changpeng Lv（蚌埠学院材料与化学工程学院）、Siyuan Zhang（西北工业大学化学与化工学院）、Zhenguo Gao、Zirui Jia、Di Lan（湖北汽车工业学院）和Guanglei Wu（青岛大学）。该研究发表在期刊Carbon上，于2025年1月11日被接受，DOI编号为10.1016/j.carbon.2025.120010。

2. 学术背景
本研究属于电磁波吸收（electromagnetic wave absorption, EMW）材料领域。随着电子设备的广泛应用，电磁辐射问题日益严重，不仅干扰设备运行，还可能危害人体健康。因此，开发高效的电磁波吸收材料具有重要意义。金属有机框架（metal-organic frameworks, MOFs）因其高比表面积和多孔结构，在电磁波吸收领域展现出潜力，但单一金属MOFs的导电性和磁损耗机制有限。本研究旨在通过将过渡金属MOF衍生物与多孔碳（porous carbon, PC）复合，优化阻抗匹配，并利用多种损耗机制的协同效应提升电磁波吸收性能。

3. 研究流程
研究分为以下几个关键步骤：

（1）多孔碳（PC）的制备
以乙二胺四乙酸二钠盐（EDTA-2Na）为碳源，在氩气氛围下700°C煅烧1小时，随后与KOH混合，500°C二次煅烧，最终得到PC材料。

（2）不同形貌Ni-MOF的合成
通过水热法合成了三种Ni-MOF：
- 片状Ni-MOF：以对苯二甲酸和Ni(NO₃)₂·6H₂O为原料，180°C反应24小时。
- 蛋黄-壳结构Ni-MOF：以PVP K-30、均苯三甲酸和Ni(NO₃)₂·6H₂O为原料，180°C反应10小时。
- 球形Ni-MOF：以PVP K-30、聚乙二醇（PEG）和Ni(NO₃)₂·6H₂O为原料，150°C反应12小时。

（3）Ni-MOF/PC复合材料的制备
将球形Ni-MOF与PC复合，通过水热法形成Ni-MOF/PC复合材料，随后在氩气中500°C煅烧2小时，得到Ni@C/PC复合材料。

（4）材料表征
- X射线衍射（XRD）：分析晶体结构，确认Ni@C/PC中Ni的（111）、（200）和（220）晶面。
- 扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）：观察形貌，球形Ni@C呈现均匀分散的空心结构。
- 傅里叶变换红外光谱（FT-IR）：检测功能基团，如N-O键和C=N键，证实极化损耗机制。
- 电磁参数测试：使用矢量网络分析仪（Agilent N5234A）测量复介电常数和复磁导率，计算反射损耗（RL）和有效吸收带宽（EAB）。

（5）性能测试与数据分析
通过Cole-Cole曲线分析极化弛豫现象，结合阻抗匹配和衰减系数评估电磁波吸收性能。

4. 主要结果
- 形貌调控：球形Ni-MOF尺寸均匀（400-500 nm），优于片状和蛋黄-壳结构，更适合与PC复合。
- 电磁波吸收性能：Ni@C/PC在1.9 mm厚度下最小反射损耗（RLmin）为-37.60 dB，2.2 mm厚度下最大有效吸收带宽（EABmax）达7.52 GHz。
- 损耗机制：
- 介电损耗：空心结构延长电磁波传导路径，增强传导损耗；异质界面促进界面极化。
- 磁损耗：Ni纳米颗粒提供自然共振和交换共振。
- 阻抗匹配：Ni@C/PC的阻抗匹配值接近1，表明其优异的阻抗匹配特性。

5. 结论与意义
本研究通过调控Ni-MOF形貌和结构，结合多孔碳材料，成功制备了具有高效电磁波吸收性能的Ni@C/PC复合材料。其科学价值在于：
- 提出了过渡金属MOF衍生物与碳材料复合的新策略，优化了阻抗匹配。
- 通过多种损耗机制的协同效应，实现了宽频带高效吸收。
应用价值包括航空航天、军事防护等领域的轻量化电磁波吸收材料设计。

6. 研究亮点
1. 形貌与结构优化：通过调控Ni-MOF形貌，选择球形结构以提升复合效果。
2. 异质界面构建：Ni@C与PC形成多重界面，增强极化损耗。
3. 介电-磁损耗协同：Ni纳米颗粒的磁损耗与碳材料的介电损耗协同作用，显著提升性能。

7. 其他有价值内容
- 研究还对比了NiO@C/PC的性能，发现其RLmin更低（-52.36 dB），但匹配厚度较大（7 mm），实用性不及Ni@C/PC。
- 通过四分之一波长理论验证了厚度与频率的匹配关系，进一步支持实验结果。