MOF衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆CoNi纳米颗粒复合材料的制备及其应用的制作方法

本发明属于微纳米复合材料调控合成技术和电磁波吸收功能材料，具体涉及一种mof衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的制备及其应用。

背景技术：

1、随着信息技术的飞速发展，特别是5g时代的到来，各类电磁波发射源和干扰源增多，大量多个频段的电磁波辐射渗透到人类周围的环境中，造成了电磁干扰、辐射污染、信息泄露等当代社会普遍关注的重大问题。理想的电磁波吸收材料应具有轻重量、灵活、高效、宽带和低负载的特点。但通常情况下对于不同的电磁波频段下的吸收，需要不断更换各种吸波材料，或者要将材料制成多层结构，难适用在复杂的电磁波环境下的实际应用。

2、金属有机骨架(mof)作为一类新型的晶体多孔材料，由无机金属中心(金属离子或金属簇)和通过自组装连接的有机配体组成。在电磁波吸收材料中，可以通过设计合成特定mof，将介电损耗材料和磁损耗材料结合，形成介电-磁协同效应，改善材料的阻抗匹配，然而，纯mof的电导率和介电性能都很低，无法满足阻抗匹配的要求。为了提高导电性和电磁响应，最常用的方法是对mof前驱体进行退火，得到金属/多孔碳基纳米结构材料，但简单结构的纯mof退火，通常伴随着金属颗粒的聚集和长大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种mof衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的制备及其应用。

2、通过对mof前驱体结构的设计，可以使得到的金属和碳基成分均匀地分散在周期性的mof衍生框架中，有效避免金属纳米颗粒的聚集和长大。同时对碳成分进行氮掺杂的可进一步增强偶极子和界面极化，从而提高了介电损耗，增强材料的在宽频下的电磁波吸收性能。此外，本发明以通过对mof进行结构和成分设计，形成了氮掺杂的mof@mof结构，退火后得到了氮掺杂多孔碳基体包覆弥散分布的磁性coni合金纳米颗粒复合材料，这种复合材料具有优异的介电-磁协同效应和阻抗匹配性能，这将有益于更宽的电磁波吸收带宽，更低的匹配厚度和更低的负载量，以适用于双波段(厘米波和毫米波)下的电磁波吸收。

3、本方法工艺简单，绿色环保，成本低廉，在双波段电磁波吸收中具有广泛的应用前景。

4、本发明mof衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的制备方法，包括如下步骤：

5、(1)将2,5二羟基对苯二甲酸和氢氧化钠加入去离子水中获得溶液a，将溶液a置于油浴锅中加热并磁力搅拌；

6、(2)将六水氯化钴和六水氯化镍加入去离子水中获得溶液b；

7、(3)将溶液b缓慢加入到溶液a中，置于油浴锅中加热搅拌反应，将产物离心洗涤并干燥，得到co/ni-mof-74纳米棒粉体；

8、(4)将2-甲基咪唑溶于甲醇中，然后加入co/ni-mof-74纳米棒粉体并分散均匀，记为溶液c；

9、(5)将六水硝酸锌溶于甲醇中，记为溶液d；

10、(6)将溶液d缓慢加入到溶液c中，磁力搅拌反应，产物离心洗涤并干燥，得到co/ni-mof-74@zif-8纳米棒粉体；

11、(7)将所得co/ni-mof-74@zif-8纳米棒粉体在氩气保护下进行退火处理，得到氮掺杂多孔碳基体包覆coni合金纳米颗粒复合材料。

12、优选地，步骤(1)中，溶液a中2,5二羟基对苯二甲酸的浓度为10-50mmol/l，氢氧化钠的浓度为10-50mmol/l，溶液a的体积为90ml。

13、优选地，步骤(1)中，加热温度为80-100℃。

14、优选地，步骤(2)中，溶液b中六水氯化钴的浓度为2-40mmol/l，六水氯化镍的浓度为2-40mmol/l，溶液b的体积为10ml。

15、优选地，步骤(3)中，加热温度为80-100℃，反应时间为30-60min。

16、优选地，步骤(4)中，溶液c中2-甲基咪唑的浓度为400-800mmol/l，co/ni-mof-74纳米棒粉体的浓度为8-16mmol/l，溶液a的体积为20ml。

17、优选地，步骤(5)中，溶液d中六水硝酸锌的浓度为20-40mmol/l，溶液d的体积为5ml。

18、优选地，步骤(6)中，反应时间为15-30min。

19、优选地，步骤(3)和步骤(6)中，用乙醇洗涤2-4遍后，置于75-85℃的烘箱中烘干。

20、优选地，步骤(7)中，退火温度为600-800℃，保温时间2-4h，升温速率为2-5℃/min。

21、本发明制备得到的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的应用，将所述复合材料作为电磁波吸收材料，用于厘米波(2ghz-18ghz)或毫米波(26.5ghz-40ghz)频段下的电磁波吸收。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

23、1、本发明制备的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni合金纳米颗粒复合材料，利用金属离子与特定的有机配体结合形成特定的双金属co/ni-mof-74纳米棒，随后在其表面包覆一层zif-8颗粒，制备成具有氮掺杂的mof@mof特殊结构，随后将co/ni-mof-74@zif-8纳米棒在惰性气氛下高温热解得到氮掺杂多孔碳基体包覆coni合金纳米颗粒复合材料，充分发挥了mof材料组分微观结构可控、杂原子掺杂、金属弥散分布在碳基体的优势，特别是在介电损耗和磁损耗之间实现了良好的阻抗匹配，进而获得优异的双波段电磁波衰减能力。

24、2、本发明制备的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni合金纳米颗粒复合材料具有一维棒状氮掺杂多孔碳框架，可以发挥碳材料中杂原子掺杂优势，提升整体的介电损耗，同时其多孔结构可以通过增加电磁波在通道中的反射次数和吸收器与电磁波的接触概率来加速电磁波的衰减；位于多孔碳框架表面的氮掺杂可改善材料的阻抗匹配性能，均匀弥散分布的磁性coni合金纳米颗粒提供了源于磁共振的磁损耗；同时氮掺杂多孔碳提供了丰富的异质界面，改善了整体材料的界面极化和偶极极化损耗，提升了在厘米波/毫米波双波段的电磁波吸收性能。

25、3、本发明进一步扩展了具有特殊结构的mof材料的应用领域，mof作为一种理想的牺牲前体，用于通过煅烧热分解策略合成高度分散的磁性金属合金/杂原子掺杂碳基复合材料。利用mof材料可实现组分微观结构可控、杂原子和弥散磁性金属掺杂的优势，使其在电磁波吸收、分离、传感、储能等领域具有更大的实际利用价值。

26、4、本发明的制备方法工艺简单易操作，绿色环保无污染，成本低廉。

技术特征：

1.一种mof衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：

10.一种权利要求1-9中任一项制备方法制备得到的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆coni纳米颗粒复合材料的应用，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种MOF衍生的一维棒状氮掺杂多孔碳基体包覆CoNi合金纳米颗粒复合材料的制备方法及应用，通过对MOF进行结构和成分设计，形成了氮掺杂的MOF@MOF结构，退火后得到了氮掺杂多孔碳基体包覆弥散分布的磁性CoNi合金纳米颗粒复合材料。这种复合材料具有优异的介电‑磁协同效应和阻抗匹配性能，这将有益于更宽的电磁波吸收带宽，更低的匹配厚度和更低的负载量，以适用于双波段(厘米波和毫米波)下的电磁波吸收。

技术研发人员：吴运飞,吴锋,徐刚纲,吴笑天
受保护的技术使用者：合肥迈微新材料技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12