Chem. Eur. J. :纳米级NiCo2O4与多孔网状CF协同助力超电与微波吸收双应用

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江苏大学严学华课题组利用碳泡沫(Carbon Form, CF)骨架的柔性,通过简单的水热和退火过程合成NiCo2O4/CF复合材料。应用泡沫碳作为独立电极克服其低比电容的限制,有效分散NiCo2O4纳米颗粒,实现比电容十倍提升;进一步拓宽其在电磁屏蔽领域应用,微波吸收性能显著增强。


电子设备和通信技术的普及已成为日常生活的重要组成部分。然而,随着这些技术的不断发展和应用,电磁污染问题逐渐凸显。电子设备产生的电磁辐射和微波信号可能对其他设备和通信基础设施造成干扰,甚至损害敏感电子设备。因此,寻找方法来减轻电磁污染和提高电子设备的性能变得尤为重要。此外,超级电容器(Supercapacitor, SC)作为电能储存的重要部分,被广泛用于电子设备、电动汽车和可再生能源系统中,然而,传统的超级电容器在电容量和能量密度方面存在一定限制。因此,研究人员寻求开发新型材料体系,以提高其电化学储能性能,同时防止电磁波对其产生干扰。



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图1. NiCo2O4/CF复合材料合成过程示意图、扫描图、比电容

基于上述考虑,江苏大学严学华课题组提出了一种用于超级电容器和微波吸收(Wave Absorbtion)的NiCo2O4/CF复合材料。首先,NiCo2O4/CF复合材料具有独特的结构特征,CF构建的网络结构利于电子快速转移;其次,多孔结构有助于活性物质参与反应,这种结构利于NiCo2O4避免团聚并提高电导率以促进电解质中的快速离子传输;最后,在CF表面上均匀生长的NiCo2O4获得了更大的表面积,促进氧化还原反应。复合材料具有537.5 F/g的比电容,相比未经处理的CF提升了10倍。除此之外,作者还进行了微波吸收测试,NiCo2O4作为一种磁性双金属氧化物,赋予复合材料更高磁导率常数的同时对入射微波造成磁损耗;CF的三维网络结构能多次反射和散射入射波;复合材料组元协同作用于介电损耗和磁损耗,因此,材料的整体微波吸收能力大大增强。作者通过优化组元的不同比例,在微波吸收和能量存储之间实现平衡,从而有效地发挥这两种功能。

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图2. (a)CF,(b)NiCo2O4,(c)NiCo2O4/CF在不同频率和样品厚度下的三维RL图谱;(d)最佳厚度下的RL曲线

综上所述,这项研究为多功能材料设计和应用提供了新的思路,将有望在材料科学和工程领域发挥重要作用。未来的研究可以进一步深化对该类复合材料性能的理解,从而为拓宽技术应用领域提供更多创新的可能性。

文信息

Dense NiCo2O4 Nanoneedles Grown on Carbon Foam Showing Excellent Electrochemical and Microwave Absorption Properties

Sutang Wu, Yihan Zhu, Prof. Xuehua Yan, Wenjing Zhang, Mengyang Zhang, Xinpeng Huang, Dr. Jianmei Pan, Prof. Zohreh Shahnavaz, Dr. Jamile Mohammadi Moradian


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202302680

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