多层界面和空心结构对于吸收体的高性能电磁波（EMW）吸收至关重要。然而，构建和调节此类结构仍然困难，且人们对其结构与介电损耗特性之间的关系了解有限。在此，首先对空心夹层结构和实心双层结构的电磁波吸收性能进行了理论模拟，发现前者比后者表现出更显著的功率损耗密度。然后，开发了一种硫化过程后的配体交换策略，用于制备FeS/MoS₂@氮掺杂碳夹层壁纳米管（FeMoS - SWCNTs）。实验结果表明，与实心FeS相比，FeMoS - SWCNTs的电磁波吸收性能显著增强，这与模拟结果一致。进一步的密度泛函理论计算表明，FeMoS - SWCNTs介电性能的增强归因于多个界面（FeS/氮掺杂碳（NC）、MoS₂/NC和FeS/MoS₂）处电子相互作用所产生的更强的界面极化，以及FeS/MoS₂异质结构中更高的态密度所导致的传导损耗增强。这些发现阐明了夹层壁纳米管结构与其介电损耗特性之间的关系，并且所开发的方法为用于高性能电磁波吸收应用的三明治壁纳米管的合理设计提供了一种可行的途径。
 

Fig 1. 一维夹心壁纳米管的结构优势。


Fig 2. A）12吉赫兹下，一维管与实心棒模型的功率损耗密度；B）a1/b1/a1夹心结构与a1/b1双层结构模型的功率损耗密度。
 

Fig 3. A）FeMoS - 单壁碳纳米管合成过程示意图；B）夹心壁纳米管结构合成过程示意图。
 
 
Fig 4. A、B）透射电子显微镜图像（插图：FeMoS - 单壁碳纳米管的横截面），C）高分辨透射电子显微镜图像（插图：表面颗粒的晶格条纹），以及D）FeMoS - 单壁碳纳米管的扫描透射电子显微镜图像及相应的元素分布图；E、F）FeS - 碳纳米棒的透射电子显微镜图像，G）FeS - 碳纳米棒的高分辨透射电子显微镜图像（插图：表面颗粒的晶格条纹）。
 


Fig 5. A）FeMoS - 单壁碳纳米管和FeS - 碳纳米棒的X射线衍射图；B）拉曼光谱图；C）N₂吸附 - 脱附等温线及孔径分布曲线；D）FeMoS - 单壁碳纳米管和FeS - 碳纳米棒的S 2p X射线光电子能谱；E）Mo 3d X射线光电子能谱；F）Fe 2p X射线光电子能谱。
 

Fig 6. A）FeMoS - 单壁碳纳米管与FeS - 碳纳米棒的实部（ɛ′）；B）虚部（ɛ″）；C）介电损耗角正切（tan δe）；D）FeS - 碳纳米棒和E）FeMoS - 单壁碳纳米管的科尔 - 科尔曲线；F）FeS - 碳纳米棒与FeMoS - 单壁碳纳米管的极化率和电导率。
 


Fig 7. A）FeS/MoS₂、B）MoS₂/NC 和 C）FeS/NC 中电荷密度差异的计算模型与示意图，其中橙色（绿色）表示电荷积累（耗尽），Fe、Mo 和 S 原子分别以紫色、绿色和黄色显示；FeS/MoS₂ 的能带图，D）接触前和 E）接触后；F）FeS、MoS₂ 以及 FeS/MoS₂ 的计算态密度（插图：费米能级的放大图像）。
 
 
Fig 8. A）FeS - 碳纳米棒反射损耗（RL）值的三维示意图；B）FeMoS - 单壁碳纳米管反射损耗（RL）值的三维示意图；C）FeMoS - 单壁碳纳米管与其他已报道的金属 - 有机框架（MOF）衍生吸收剂综合性能的对比。
 
       相关研究工作由哈尔滨工程大学Yujin Chen/ Chunling Zhu/ Feng Yan团队于2025年共同在线发表在《Adv. Funct. Mater》期刊上，Enhanced Interfacial Polarization Loss of FeS/MoS2@N-Doped Carbon Sandwich-Walled Nanotubes Enables High-Performance Electromagnetic Wave Absorption，原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202423947

转自《石墨烯研究》公众号