《Advanced Functional Materials》发表张宝亮教授团队关于拓扑三维导电金属有机框架配位模式对电磁波多级吸收机制影响的研究成果

近日，学院张宝亮授团队在《Advanced Functional Materials》期刊在线发表题为《Fractal Topology Directed 3D Conductive Metal–Organic Frameworks: Coordination Mode Regulation and Multiscale Electromagnetic Wave Absorption Mechanisms》的研究论文。该研究创新性地将密度泛函理论驱动的精准结构设计与温和高效的溶液相组装方法相结合，成功构建了一系列兼具规整有序导电性与显著自旋极化特性的三维导电金属有机框架（cMOFs）。所制备的Fe-THQ-1、Fe-THQ-2及Fe-HHB三种材料均呈现出高度规整的三维立体构型与多层次贯通的分级孔道结构，其贯穿框架本体的连续导电网络不仅优化了电荷传输效率，更显著强化了介电损耗能力；同时，周期性重复单元中有序配位作用所触发的磁各向异性效应与电子自旋特性形成协同耦合，进一步提升了磁损耗效率，二者共同为入射电磁波提供了全方位、多尺度的散射路径与高密度的极化中心。与传统平面结构的cMOFs相比，该立体架构的有效吸收带宽实现了五个数量级的跨越式提升，反射损耗得到了约1000%的显著增强，大幅突破了传统材料的性能瓶颈。此外，得益于空间拓扑构型可通过调控配位模式与组装条件的特性，三维cMOFs进一步实现了电磁波吸收频带从Ku波段到X波段的宽域动态覆盖，展现出优异的频段调控能力。这种通过立体配位工程构建多维损耗协同体系进而增强电磁损耗效能的创新策略，突破了单一损耗机制的局限，为设计并构建兼具多维损耗协同效应与宽频段可调特性的电磁波吸收材料提供了极具价值的思路。

学院2024级博士研究生行昊文为论文第一作者，葛飞杰教授为共同第一作者，张宝亮教授为论文通讯作者。西北工业大学为论文第一完成单位。该研究工作得到了国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划、陕西省科技创新团队项目等资助支持。

H. Xing, F. Ge, H. Cheng, et al. Fractal Topology Directed 3D Conductive Metal-Organic Frameworks: Coordination Mode Regulation and Multiscale Electromagnetic Wave Absorption Mechanisms. Adv. Funct, Mater. (2025): e22523.

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202522523

图1 a) THQ和HHB优势构象的相对能量大小； b) RMSD； c) IRI；d) 原子间的差分电荷密度；e) π电子布局等值面和填色图；f) 平行和垂直于环的核独立化学屏蔽表面；g) 极化率张量；h) 电场中的差分电荷密度和去质子化过程；i) 去质子化结构的电荷密度填色图、π轨道、最外层电荷等值面和填色图；j) 三维cMOFs配位单元尺寸；k) 金属离子和有机框架间的差分电荷密度；l) 静电势图；m) IGM；n) 配位键长；o) 总结合能

图2 a) XRD图；b) FTIR图；c) XPS图；d) 去质子化产物多种氧化态及过渡态；e) C₆O₆的Lewis结构；f) 晶胞中各个原子的占据比例；对于Fe-THQ-1、Fe-THQ-2和Fe-HHB：g, h) SEM；i) EDS；j, k) TEM；l) 常距离模式的STM；m) 常电流模式的STM

图3 a) e''；b) μ''；c) EAB和RL；d) EBS、PDOS和前线自旋轨道；e) 晶胞表面的ELF；f)不同晶面的ELF；g) IRI；h) π电荷密度；i) 差分电荷密度；j) 静电势图；k) Bader电荷

图4 a) 三维RL图；b) 二维RL填色图；c) 性能对比示意图；d) 损耗分解图；e) Cole-Cole图；f) 弛豫时间对比图；g) C₀曲线；h) RCS损耗对比图；i) RCS三维图；波导图：j) 电场，k) 磁场；l)总能量损耗图；M)吸波机理图

撰稿：张宝亮、行昊文

审核：姚东东