本發(fā)明屬于吸波材料，更具體地，涉及一種基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、人們正在大力開發(fā)具有低密度、薄厚度、寬吸收帶寬和強反射損耗的高效微波吸收(ma)材料。研究表明，具有單一損耗機制(磁損、介損等)的傳統(tǒng)吸波材料由于阻抗失配問題很難實現(xiàn)高效吸波的目標。因此，目前的重點之一是開發(fā)新的磁/介電復(fù)合材料，在這種材料中，多種損耗機制共存，并且可以調(diào)節(jié)磁導(dǎo)率和介電常數(shù)，改善阻抗匹配特性。

2、近年來，人們普遍認為金屬有機框架(mofs)是獲得金屬納米顆粒裝飾多孔碳的理想模板，可用于制備磁/介電耦合復(fù)合材料。mofs是一類新型多孔晶體材料，由作為節(jié)點的中心金屬離子和作為橋接成分的有機配體組成。mofs具有表面積大、孔隙率可調(diào)、結(jié)構(gòu)可控等優(yōu)點。因此，它們被廣泛應(yīng)用于電磁波吸收、氣體儲存、催化和醫(yī)藥等領(lǐng)域。大多數(shù)mof熱解衍生物保留了其母體結(jié)構(gòu)的原始形態(tài)和多孔特性，有利于微波吸收(ma)應(yīng)用。這些mof衍生物的例子包括由fe基mof衍生的fe/c棒狀納米復(fù)合材料、由co基mof衍生的co/c片狀納米復(fù)合材料以及由ni基mof衍生的ni/c球狀納米復(fù)合材料等。然而，如何合理設(shè)計和控制mof衍生物的形態(tài)結(jié)構(gòu)，以及理解形態(tài)結(jié)構(gòu)與ma性能之間的關(guān)系，還需要進一步研究。

3、以往的研究表明，將不同的低維碳材料組裝或雜化以制備1d-2d混合碳網(wǎng)絡(luò)是提高ma性能的有效手段，這可歸因于不同低維材料成分的協(xié)同效應(yīng)。一維(1d)碳結(jié)構(gòu)，如碳納米管(cnts)、納米棒和納米線，由于具有高導(dǎo)電性和大長徑比等優(yōu)異性能，被廣泛用作微波吸收(ma)材料。而二維(2d)碳結(jié)構(gòu)，如碳納米片和石墨烯，具有密度低、比表面積大、介質(zhì)損耗能力強等特點。此外，碳納米片和石墨烯可作為各種納米材料的理想載體。因此，采用簡單的方法構(gòu)建混合碳網(wǎng)絡(luò)受到了廣泛關(guān)注。目前，有關(guān)co和ni等金屬催化劑在高溫下將碳源轉(zhuǎn)化為cnts的催化機理已逐漸被報道。然而，熱解mof得到衍生物與cnts結(jié)合的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)往往受到熱解溫度、mof本身的形態(tài)和結(jié)構(gòu)、中心金屬離子的類型以及熱解過程中碳源是否充足等因素的制約。為了實現(xiàn)內(nèi)核為mofs衍生物、外層為cnts網(wǎng)絡(luò)的納米復(fù)合材料，可用醋酸蝕刻二維葉狀結(jié)構(gòu)zif-l，得到了更薄的片狀結(jié)構(gòu)，有利于催化cnts生長，但代價是zif-l的形態(tài)結(jié)構(gòu)受到損害。最近，一些研究人員引入了硫或三聚氰胺等添加劑來增加熱解過程中的碳源，從而也促進了cnts的生長。然而，前驅(qū)體設(shè)計、添加劑選擇、溫度和氣氛控制等實驗參數(shù)使得實驗過程過于復(fù)雜。因此，通過簡單的方案實現(xiàn)低維混合碳網(wǎng)絡(luò)，仍然是一個挑戰(zhàn)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)及其制備方法，其目的在于，構(gòu)建二維碳片與碳納米管組合的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)，提高材料吸波性能。

2、為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一方面，提出了一種基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，包括如下步驟：

3、s1、將亞鐵鹽、鋅鹽、2-甲基咪唑和聚乙烯吡絡(luò)烷酮溶于水，形成混合溶液進行復(fù)合，然后離心烘干得到具有二維六方片狀結(jié)構(gòu)的fe-zif-l；

4、s2、對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解，熱解溫度為600～750℃，使其轉(zhuǎn)換為二維碳片與碳納米管相互連接的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)。

5、作為進一步優(yōu)選的，亞鐵鹽與鋅鹽的摩爾比為1:2～1:10。

6、作為進一步優(yōu)選的，亞鐵鹽與鋅鹽的摩爾比為1:5。

7、作為進一步優(yōu)選的，聚乙烯吡絡(luò)烷酮在混合溶液中的濃度為4g/l～7g/l。

8、作為進一步優(yōu)選的，復(fù)合時，溫度為25～30℃，并在攪拌條件下反應(yīng)20～24h。

9、作為進一步優(yōu)選的，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解時，熱解時間為2～4h。

10、作為進一步優(yōu)選的，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解時，升溫速率為2～5℃/min。

11、作為進一步優(yōu)選的，亞鐵鹽為七水合硫酸亞鐵或硝酸亞鐵，鋅鹽為六水合硝酸鋅或硫酸鋅。

12、作為進一步優(yōu)選的，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解，熱解溫度為700℃。

13、按照本發(fā)明的另一方面，提供了一種低維混合碳網(wǎng)絡(luò)，其采用上述基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法制備而成。

14、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點：

15、1.本發(fā)明通過亞鐵鹽、鋅鹽、2-甲基咪唑和聚乙烯吡絡(luò)烷酮復(fù)合形成六方片狀結(jié)構(gòu)的前驅(qū)體鐵基mof(fe-zif-l)，進而利用熱解過程中高形成焓配體碳源(2-甲基咪唑)和高催化活性金屬碳化物(亞鐵鹽在高溫下碳熱還原)，在不添加額外碳源、不設(shè)置復(fù)雜的熱解條件的情況下，通過一步熱解法，僅控制熱解溫度就實現(xiàn)了二維碳片與碳納米管組合的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，這些網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建促進了高效電子傳輸、高界面極化、多種損耗機制和阻抗匹配，從而提高了吸波性能，在較低的匹配厚度下實現(xiàn)了較高的反射損耗和較寬的有效帶寬。

16、2.本發(fā)明通過調(diào)節(jié)熱解溫度有效控制cnts的長度和負載量，從而獲得不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的雜化碳網(wǎng)絡(luò)。當熱解溫度過低時，會導(dǎo)致cnts負載量過低，混合碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的微波吸收性能不理想；當熱解溫度過高時，會導(dǎo)致整個碳片結(jié)構(gòu)坍塌，不能形成1d-2d結(jié)構(gòu)，微波吸收性能下降。據(jù)此設(shè)計熱解溫度，從而產(chǎn)生獨特的1d-2d混合碳網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。同時，熱解過程中生成了磁性fe粒子，實現(xiàn)了磁電協(xié)同效應(yīng)，提高了磁損耗能力的同時改善了阻抗匹配特性，在吸波領(lǐng)域具有良好的發(fā)展和應(yīng)用前景。

17、3.本發(fā)明通過控制亞鐵鹽、鋅鹽比例，適當提高鋅鹽比列可以有效使得前驅(qū)體在熱解后由于鋅的揮發(fā)促進輕質(zhì)多孔碳片的生成，并在一定程度上促進cnts的生長。通過控制pvp的濃度能有效控制成核生長過程中離子的選擇性吸附，可以更好抑制晶體沿垂直于(001)晶面的方向生長，從而合成出具有六角片狀結(jié)構(gòu)的fe-zif-l前驅(qū)體。

技術(shù)特征：

1.一種基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，亞鐵鹽與鋅鹽的摩爾比為1:2～1:10。

3.如權(quán)利要求2所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，亞鐵鹽與鋅鹽的摩爾比為1:5。

4.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，聚乙烯吡絡(luò)烷酮在混合溶液中的濃度為4g/l～7g/l。

5.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，復(fù)合時，溫度為25～30℃，并在攪拌條件下反應(yīng)20～24h。

6.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解時，熱解時間為2～4h。

7.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解時，升溫速率為2～5℃/min。

8.如權(quán)利要求1所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，亞鐵鹽為七水合硫酸亞鐵或硝酸亞鐵，鋅鹽為六水合硝酸鋅或硫酸鋅。

9.如權(quán)利要求1-8任一項所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法，其特征在于，對前驅(qū)體鐵基mof進行熱解，熱解溫度為700℃。

10.一種低維混合碳網(wǎng)絡(luò)，其特征在于，采用如權(quán)利要求1-9任一項所述的基于鐵基mof的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)的制備方法制備而成。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于吸波材料技術(shù)領(lǐng)域，并具體公開了一種基于鐵基MOF的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)及其制備方法，其包括如下步驟：S1、將亞鐵鹽、鋅鹽、2?甲基咪唑和聚乙烯吡絡(luò)烷酮溶于水，形成混合溶液進行復(fù)合，然后離心烘干得到具有二維六方片狀結(jié)構(gòu)的Fe?ZIF?L；S2、對前驅(qū)體鐵基MOF進行熱解，熱解溫度為600～750℃，使其轉(zhuǎn)換為二維碳片與碳納米管相互連接的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明利用一步熱解法制得的低維混合碳網(wǎng)絡(luò)操作簡單易行，具有優(yōu)異的吸波性能，在較低的匹配厚度下實現(xiàn)了較高的反射損耗和較寬的有效帶寬。

技術(shù)研發(fā)人員：聶彥,劉杰靈,莫昌金,何繼輝,吳郁桐,王鮮,王韜,龔榮洲
受保護的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10