1、 研究背景
多孔石墨烯基碳材料具有巨大的比表面积、导电性能好，超低密度等优点，因此，其在微波吸收领域展现出广阔的应用前景。然而，三维石墨烯基导电复合气凝胶或泡沫的构筑多数是通过冷冻干燥制备，孔径尺寸多数为50-100 μm，而有研究表明，与微米级孔相比，纳米级孔结构在衰减入射电磁波方面同样发挥着重要作用。因此，如何在石墨烯基泡沫骨架表面进行纳米孔结构设计实现多级孔磁性泡沫的可控制备就变得尤为重要。

2、 成果简介
江南大学化学与材料工程学院刘天西教授课题组报道了一种具有多层阻抗梯度结构的多级孔磁性复合泡沫材料。首先，以水热方式制备还原氧化石墨烯（rGO）泡沫基体，随后铁基MOF自组装在石墨烯泡沫内表面并进行高温退火使得片状MOF有效转变为各向异性多孔磁性纳米片（Fe₂O₃），最终构建从微孔到纳米孔的多级孔磁性复合泡沫，进而诱导产生更多的多重散射损失和缺陷极化损失。研究表明，石墨烯泡沫骨架和异性多孔磁性纳米片（Fe₂O₃）之间层级阻抗梯度结构的合理构建有利于泡沫材料的表面阻抗匹配和衰减特性的优化，从而使得入射电磁波能够更充分地进入材料内部并进行有效耗散。当退火温度为600 ℃，时间为6 h时，兼具低密度（12.15 mg/cm³）的石墨烯/ Fe₂O₃磁性纳米片（GMF）复合泡沫展现出最佳的微波吸收性能。当材料厚度为4.84 mm时，其在8.02 GHz频率下表现出最小反射损耗值-60.13 dB，性能远优于商用微波吸收材料（-10 dB）。同时，最大有效吸收带宽（< -10 dB）可以达到6.23 GHz（10.97-17.20 GHz）。此外，微波吸收性能可以通过改变退火温度和时间来进行有效调控。更重要的是，制备的复合泡沫具有优异的稳定性和耐久性。经过200 h中性盐雾试验后，复合泡沫仍然具有优异的微波吸收效果，当材料厚度为2.31 mm时，其在18.00 GHz频率下表现出最小反射损耗值-32.88 dB。同时，有效吸收带宽（< -10 dB）可以达到7.1 GHz（10.8-17.9 GHz）。如此优异的吸波性能使其有望应用于严酷的潮湿环境。
 
文章亮点
（a） 采用静电组装和高温裂解方式开发了一种微孔到纳米孔的多级孔磁性泡沫。
（b）石墨烯骨架上MOF的原位裂解有助于各向异性纳米孔结构的形成。
（c） MOF裂解形成的多孔磁片与石墨烯骨架协同构建出层级阻抗梯度。
（d）层级阻抗梯度的构建可以有效优化复合泡沫的阻抗匹配分布和衰减能力。
 
3、 图文导读
 
图1. 具有多级孔结构的石墨烯基磁性复合泡沫的制备流程图。

       本工作以乙二胺作为交联剂，通过水热方式制备还原氧化石墨烯泡沫基体，随后铁基MOF自组装在石墨烯泡沫内表面并进行高温退火使得片状MOF有效转变为各向异性多孔磁性纳米片（Fe₂O₃），最终构建从微孔到纳米孔的多级孔磁性复合泡沫材料。
 
图2. 泡沫的SEM图像:（a, b）rGO泡沫;（c）rGMF; （d）GMF; TEM图像:（e）rGMF;（f, g）GMF; 相关样品的（h）磁滞回线，（i, j）XRD图谱和（k, l）拉曼光谱图。

      如图2所示，负载MOF后的还原氧化石墨烯泡沫骨架结构表面形貌变得粗糙。各向异性的MOF纳米片垂直交错生长在还原氧化石墨烯骨架表面。同时，交替的MOF纳米片之间可形成~200 nm的微/纳米孔隙结构。其次，rGMF泡沫在600 °C氩气氛围下退火过程中，MOF不可避免地发生原位热解，导致纳米片的体积收缩。有趣的是，MOF衍生片之间（~200 nm）的微/纳米尺寸的孔隙结构可以成功地保留，如图2d所示。此外，原位热解引起的体积收缩使MOF在各向异性纳米片内形成球形颗粒，从而在这些颗粒之间产生大量的纳米孔（~20 nm）。作为纳米级孔隙，高的比表面积使其具有更多的界面缺陷，这将有利于提高电磁能量的衰减。最后，在最终的泡沫中成功地构建了兼具微米级（~50 μm），微/纳米（~200 nm）和纳米（~20 nm）孔的多级孔结构。

转自《石墨烯研究》公众号