Login In
2026 Volume 42 Issue 11
2026, 42(11): 100363
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100363
Abstract:
由于可调控的分子结构、丰富的氧化还原活性位点以及可持续的元素组成，聚合物正极在钾离子电池领域引起了越来越多的关注。与无机嵌入型正极相比，聚合物正极通常通过钾离子或电解液阴离子与有机官能团之间的可逆氧化还原反应来储存电荷，这些官能团包括羰基、酰亚胺、醌、偶氮、亚胺以及含氮杂环单元。其电化学性能不仅取决于活性位点本征的氧化还原化学特性，还受聚合物主链构型、π共轭程度、聚集行为、孔结构以及电极/电解液界面稳定性的影响。本文综述了聚合物正极在钾离子电池中的最新进展，重点关注钾储存机制与结构优化策略。从分子结构、离子-电极相互作用以及电荷转移动力学等角度，讨论了若干代表性机制，例如羰基配位、酰亚胺螯合、多电子氧化还原过程、双极性电荷补偿以及赝电容行为。此外，还从溶剂化/去溶剂化行为、局部配位环境和氧化还原位点利用等方面分析了K+、Li+和Na+之间的离子特异性差异。文中重点介绍了若干关键优化策略，包括聚合度调控、刚性π共轭主链设计、孔结构或三维网络构筑、导电复合以及电解液匹配。最后，讨论了当前仍面临的挑战与未来研究方向，以指导高性能钾离子电池聚合物正极的理性设计。
由于可调控的分子结构、丰富的氧化还原活性位点以及可持续的元素组成，聚合物正极在钾离子电池领域引起了越来越多的关注。与无机嵌入型正极相比，聚合物正极通常通过钾离子或电解液阴离子与有机官能团之间的可逆氧化还原反应来储存电荷，这些官能团包括羰基、酰亚胺、醌、偶氮、亚胺以及含氮杂环单元。其电化学性能不仅取决于活性位点本征的氧化还原化学特性，还受聚合物主链构型、π共轭程度、聚集行为、孔结构以及电极/电解液界面稳定性的影响。本文综述了聚合物正极在钾离子电池中的最新进展，重点关注钾储存机制与结构优化策略。从分子结构、离子-电极相互作用以及电荷转移动力学等角度，讨论了若干代表性机制，例如羰基配位、酰亚胺螯合、多电子氧化还原过程、双极性电荷补偿以及赝电容行为。此外，还从溶剂化/去溶剂化行为、局部配位环境和氧化还原位点利用等方面分析了K+、Li+和Na+之间的离子特异性差异。文中重点介绍了若干关键优化策略，包括聚合度调控、刚性π共轭主链设计、孔结构或三维网络构筑、导电复合以及电解液匹配。最后，讨论了当前仍面临的挑战与未来研究方向，以指导高性能钾离子电池聚合物正极的理性设计。
2026, 42(11): 100253
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100253
Abstract:
我们制备了一系列poly (9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT):poly [4,8-bis(5-(2-ethylhexyl) thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno [3,4-b] thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl] (PTB7-Th) (3 : 1, w/w)/Glass/indium tin oxide (ITO)/poly[(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-5,5'-bis(2,2'-thiophene)-2,6-naphthalene-1,4,5,8-tetracaboxylic-N,N'-di(2-ethylhexyl)imide] (PNDIT-F3N)/poly(3-hexylthiophene) (P3HT):[6,6]-phenylC71-butyric acid methyl ester (PC71BM) (100 : 1, w/w)/Aluminum (Al)结构的双模式倍增型有机光电探测器(PMOPDs)。外部F8BT:PTB7-Th层用作有机滤光层(OFL)来调节PMOPDs中的光场分布。在正反向偏压下的PMOPDs可以实现双窄带特性，这是由ITO和Al电极附近的受陷电子分布分别决定的。在8 V偏压下，PMOPDs表现出绿色窄带响应，半峰全宽(FWHM)为85 nm，545 nm处的峰值外量子效率(EQE)为8880%。同时，在-8 V偏压下，PMOPDs表现出红色窄带响应，FWHM为60 nm，峰值EQE为750%。正向偏压下ITO电极附近的受陷电子分布和反向偏压下Al电极附近的受陷电子分布可以很好地解释PMOPDs的可切换窄带响应特性。我们利用最优的双模式PMOPDs构建了光电容积脉搏波(PPG)测量系统，成功监测了人体在不同状态下的心率。从原始的PPG信号中获得了速率容积脉搏波与加速度容积脉搏波信号，可以用来估计人体动脉的硬化程度，为血管疾病的诊断提供依据。
我们制备了一系列poly (9,9-dioctylfluorene-alt-benzothiadiazole) (F8BT):poly [4,8-bis(5-(2-ethylhexyl) thiophen-2-yl)benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophene-2,6-diyl-alt-(4-(2-ethylhexyl)-3-fluorothieno [3,4-b] thiophene-)-2-carboxylate-2-6-diyl] (PTB7-Th) (3 : 1, w/w)/Glass/indium tin oxide (ITO)/poly[(9,9-bis(3'-(N,N-dimethylamino)propyl)-2,7-fluorene)-alt-5,5'-bis(2,2'-thiophene)-2,6-naphthalene-1,4,5,8-tetracaboxylic-N,N'-di(2-ethylhexyl)imide] (PNDIT-F3N)/poly(3-hexylthiophene) (P3HT):[6,6]-phenylC71-butyric acid methyl ester (PC71BM) (100 : 1, w/w)/Aluminum (Al)结构的双模式倍增型有机光电探测器(PMOPDs)。外部F8BT:PTB7-Th层用作有机滤光层(OFL)来调节PMOPDs中的光场分布。在正反向偏压下的PMOPDs可以实现双窄带特性，这是由ITO和Al电极附近的受陷电子分布分别决定的。在8 V偏压下，PMOPDs表现出绿色窄带响应，半峰全宽(FWHM)为85 nm，545 nm处的峰值外量子效率(EQE)为8880%。同时，在-8 V偏压下，PMOPDs表现出红色窄带响应，FWHM为60 nm，峰值EQE为750%。正向偏压下ITO电极附近的受陷电子分布和反向偏压下Al电极附近的受陷电子分布可以很好地解释PMOPDs的可切换窄带响应特性。我们利用最优的双模式PMOPDs构建了光电容积脉搏波(PPG)测量系统，成功监测了人体在不同状态下的心率。从原始的PPG信号中获得了速率容积脉搏波与加速度容积脉搏波信号，可以用来估计人体动脉的硬化程度，为血管疾病的诊断提供依据。
2026, 42(11): 100292
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100292
Abstract:
羰基铁粉(CIP)是一种典型的磁损耗型微波吸收材料。然而，其在严苛海洋环境(高湿度、高盐度)下易发生电化学腐蚀，导致性能退化，限制了长期应用。本研究通过溶胶-凝胶法将全氟癸基三甲氧基硅烷(PFOTES)包覆在CIP表面制备了核壳结构粒子(CIP@PFOTES)。随后将粒子掺入氟硅树脂(FSR-ZY220L)中，制得多功能CIP@PFOTES-ZY涂层。该涂层表现出超疏水性，水接触角达158°。在0.1-100 s-1剪切速率范围内减阻率超过70%。中性盐雾环境中涂层展现出优异的长期耐腐蚀性能，电化学阻抗谱(EIS)表明在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡40 d后，低频阻抗模值(|Z|0.01 Hz)仍保持在107 Ω cm2以上。此外，1.3 mm厚度涂层获得7.52 GHz有效吸收带宽(EAB，RL ≤ -10 dB)，微波吸收性能较未改性样品显著提升。本研究为开发适用于严苛海洋环境的高性能、多功能防护涂层提供了一种有效的材料设计策略。
羰基铁粉(CIP)是一种典型的磁损耗型微波吸收材料。然而，其在严苛海洋环境(高湿度、高盐度)下易发生电化学腐蚀，导致性能退化，限制了长期应用。本研究通过溶胶-凝胶法将全氟癸基三甲氧基硅烷(PFOTES)包覆在CIP表面制备了核壳结构粒子(CIP@PFOTES)。随后将粒子掺入氟硅树脂(FSR-ZY220L)中，制得多功能CIP@PFOTES-ZY涂层。该涂层表现出超疏水性，水接触角达158°。在0.1-100 s-1剪切速率范围内减阻率超过70%。中性盐雾环境中涂层展现出优异的长期耐腐蚀性能，电化学阻抗谱(EIS)表明在3.5 wt.% NaCl溶液中浸泡40 d后，低频阻抗模值(|Z|0.01 Hz)仍保持在107 Ω cm2以上。此外，1.3 mm厚度涂层获得7.52 GHz有效吸收带宽(EAB，RL ≤ -10 dB)，微波吸收性能较未改性样品显著提升。本研究为开发适用于严苛海洋环境的高性能、多功能防护涂层提供了一种有效的材料设计策略。
2026, 42(11): 100306
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100306
Abstract:
将磁性纳米颗粒复合到一维(1D)多孔碳基质上具有重要研究价值。该策略对于制备高效且功能协同的微波吸收体至关重要。本工作通过超交联聚合从管状多孔纤维衍生出一维碳材料，以此为前驱体构建了一系列涂覆Co/Zn金属有机框架(MOFs)的复合纤维(C-CCNFs@Co/Zn-MOFs)。优化了包覆工艺，揭示了Zn2+离子对MOF晶粒尺寸的调控机制。后续碳化处理获得磁性氮掺杂碳包覆钴/管状碳纳米纤维(TCF/Co@NC)。该TCF/Co@NC具有多孔核壳结构和一维形貌，富含异质界面。这些特性有利于构建导电损耗网络并产生多重反射，形成强能量耗散能力。通过调节Co/Zn摩尔比，可优化复合纤维的电磁参数，从而调控其微波吸收性能。所制备的NCT-3 (Co/Zn=1 : 1)在2.7 mm厚度处获得-55.5 dB的最小反射损耗(RLmin)；而NCT-2 (Co/Zn=3 : 1)在2.4 mm厚度下展现出7.3 GHz的有效吸收带宽(EAB)。本研究为设计高性能磁性碳基微波吸收材料提供了普适且可借鉴的方法论。
将磁性纳米颗粒复合到一维(1D)多孔碳基质上具有重要研究价值。该策略对于制备高效且功能协同的微波吸收体至关重要。本工作通过超交联聚合从管状多孔纤维衍生出一维碳材料，以此为前驱体构建了一系列涂覆Co/Zn金属有机框架(MOFs)的复合纤维(C-CCNFs@Co/Zn-MOFs)。优化了包覆工艺，揭示了Zn2+离子对MOF晶粒尺寸的调控机制。后续碳化处理获得磁性氮掺杂碳包覆钴/管状碳纳米纤维(TCF/Co@NC)。该TCF/Co@NC具有多孔核壳结构和一维形貌，富含异质界面。这些特性有利于构建导电损耗网络并产生多重反射，形成强能量耗散能力。通过调节Co/Zn摩尔比，可优化复合纤维的电磁参数，从而调控其微波吸收性能。所制备的NCT-3 (Co/Zn=1 : 1)在2.7 mm厚度处获得-55.5 dB的最小反射损耗(RLmin)；而NCT-2 (Co/Zn=3 : 1)在2.4 mm厚度下展现出7.3 GHz的有效吸收带宽(EAB)。本研究为设计高性能磁性碳基微波吸收材料提供了普适且可借鉴的方法论。
2026, 42(11): 100329
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100329
Abstract:
尽管氢键有机框架(HOFs)与金属有机框架(MOFs)在光催化领域各具优势，但HOFs/MOFs异质结的构建仍鲜有研究。特别是此类异质结中深层次的电荷转移动力学机制尚不明确。本研究通过π-π相互作用原位耦合HOFs(SA-TCPP)与MOFs(ZnTCPP)，构建了具有强内置电场(IEF)的卟啉基HOFs/MOFs(SA-TCPP/ZnTCPP)S型异质结，其最优IEF强度较单一SA-TCPP和ZnTCPP分别提升11.5倍和4.9倍。在该S型异质结体系中，接触界面作为电荷调控中心，通过π-π堆叠的HOMO-LUMO电荷转移通道增强IEF泵浦强度，精准调控光生载流子的空间分离方向，并经由“光激发-迁移通道-泵浦加速”策略触发级联反应。相较于单一组分，SA-TCPP/ZnTCPP的H2 (2307 μmol g-1 h-1)和H2O2 (295.2 μmol g-1 h-1)光催化产率分别提升7.02倍/5.6倍与3.09倍/2.85倍。飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)、开尔文探针力显微镜(KPFM)、原位X射线光电子能谱(in situ XPS)及密度泛函理论(DFT)证实，该显著提升源于载流子的高效分离效率。本工作实现了框架材料的跨功能集成，为开发高性能多功能人工光合系统提供了新策略。
尽管氢键有机框架(HOFs)与金属有机框架(MOFs)在光催化领域各具优势，但HOFs/MOFs异质结的构建仍鲜有研究。特别是此类异质结中深层次的电荷转移动力学机制尚不明确。本研究通过π-π相互作用原位耦合HOFs(SA-TCPP)与MOFs(ZnTCPP)，构建了具有强内置电场(IEF)的卟啉基HOFs/MOFs(SA-TCPP/ZnTCPP)S型异质结，其最优IEF强度较单一SA-TCPP和ZnTCPP分别提升11.5倍和4.9倍。在该S型异质结体系中，接触界面作为电荷调控中心，通过π-π堆叠的HOMO-LUMO电荷转移通道增强IEF泵浦强度，精准调控光生载流子的空间分离方向，并经由“光激发-迁移通道-泵浦加速”策略触发级联反应。相较于单一组分，SA-TCPP/ZnTCPP的H2 (2307 μmol g-1 h-1)和H2O2 (295.2 μmol g-1 h-1)光催化产率分别提升7.02倍/5.6倍与3.09倍/2.85倍。飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)、开尔文探针力显微镜(KPFM)、原位X射线光电子能谱(in situ XPS)及密度泛函理论(DFT)证实，该显著提升源于载流子的高效分离效率。本工作实现了框架材料的跨功能集成，为开发高性能多功能人工光合系统提供了新策略。
2026, 42(11): 100339
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100339
Abstract:
Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP)因其低成本和高理论容量使其成为钠离子电池正极的理想候选材料。然而，合成过程中NaFePO4存在的电化学惰性且导电性差问题，限制了NFPP的实际应用。本研究提出一种La-Ce双掺杂协同策略，通过调控电子结构与稳定NFPP晶格，同步解决了上述关键难题。第一性原理密度泛函理论(DFT)计算表明，La3+和Ce3+优先占据NFPP晶格中的Fe位点，通过改变局部热力学环境有效抑制NaFePO4杂质的成核生长，同时引发电子结构显著变化。具体而言，La/Ce的4f轨道与Fe 3d-O 2p轨道杂化大幅缩小带隙，同时强化Fe-O共价键以增强结构稳定性。Na4Fe2.91La0.03Ce0.03(PO4)2P2O7 (La-Ce-NFPP)在20C倍率下展现出92.47 mAh g-1的高倍率容量，10C循环3000次后容量保持率达93.76%。原位XRD测试证实La-Ce双掺杂将晶胞体积变化率从4.63% (NFPP)降至3.05% (La-Ce-NFPP)，表明掺杂优化了Na⁺扩散路径并缓解了相变过程中的结构应变。此外，La-Ce-NFPP//HC全电池表现出优异的循环稳定性，200次循环后容量保持率达94.9%，展现出巨大的实际应用潜力。
Na4Fe3(PO4)2P2O7 (NFPP)因其低成本和高理论容量使其成为钠离子电池正极的理想候选材料。然而，合成过程中NaFePO4存在的电化学惰性且导电性差问题，限制了NFPP的实际应用。本研究提出一种La-Ce双掺杂协同策略，通过调控电子结构与稳定NFPP晶格，同步解决了上述关键难题。第一性原理密度泛函理论(DFT)计算表明，La3+和Ce3+优先占据NFPP晶格中的Fe位点，通过改变局部热力学环境有效抑制NaFePO4杂质的成核生长，同时引发电子结构显著变化。具体而言，La/Ce的4f轨道与Fe 3d-O 2p轨道杂化大幅缩小带隙，同时强化Fe-O共价键以增强结构稳定性。Na4Fe2.91La0.03Ce0.03(PO4)2P2O7 (La-Ce-NFPP)在20C倍率下展现出92.47 mAh g-1的高倍率容量，10C循环3000次后容量保持率达93.76%。原位XRD测试证实La-Ce双掺杂将晶胞体积变化率从4.63% (NFPP)降至3.05% (La-Ce-NFPP)，表明掺杂优化了Na⁺扩散路径并缓解了相变过程中的结构应变。此外，La-Ce-NFPP//HC全电池表现出优异的循环稳定性，200次循环后容量保持率达94.9%，展现出巨大的实际应用潜力。
2026, 42(11): 100345
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100345
Abstract:
对于非磁性MOF(金属有机框架)衍生物而言，当前研究的核心挑战在于如何在不引入磁性组分的前提下，通过精确调控材料微观形貌与介电常数来克服阻抗失配并提升吸波性能。引入具有半导体特性与层状结构的二维材料MoS2可显著增强此类材料的吸收性能。本工作通过在Ti-MOFs上原位生长不同负载量的MoS2，设计出具有绣球花形貌的新型Ti-MOF衍生物吸波材料(TiO2/C@MoS2)以解决上述问题。具体而言，TiO2/C@MoS2复合材料TM72在2.05 mm厚度时实现-62.1 dB的最小反射损耗(RLmin)，最大有效吸收带宽(EABmax)达5.88 GHz (对应厚度2.18 mm)，雷达散射截面(RCS)减缩值为16.6 dB m2；TM71则在匹配厚度2.47 mm时RLmin为-52.82 dB，对应匹配厚度2.28 mm的EABmax达6.93 GHz，同时实现17.95 dB m2的雷达散射截面(RCS)减缩。这使得TiO2/C@MoS2能够满足电磁波吸收材料(EMWAMs)“强、宽、薄、轻”的关键需求。此外，RCS模拟验证了该复合材料的实际适用性。因此，本研究为构建具有超薄结构、优异吸收性能与宽频吸收能力的下一代EMWAMs提供了创新策略。
对于非磁性MOF(金属有机框架)衍生物而言，当前研究的核心挑战在于如何在不引入磁性组分的前提下，通过精确调控材料微观形貌与介电常数来克服阻抗失配并提升吸波性能。引入具有半导体特性与层状结构的二维材料MoS2可显著增强此类材料的吸收性能。本工作通过在Ti-MOFs上原位生长不同负载量的MoS2，设计出具有绣球花形貌的新型Ti-MOF衍生物吸波材料(TiO2/C@MoS2)以解决上述问题。具体而言，TiO2/C@MoS2复合材料TM72在2.05 mm厚度时实现-62.1 dB的最小反射损耗(RLmin)，最大有效吸收带宽(EABmax)达5.88 GHz (对应厚度2.18 mm)，雷达散射截面(RCS)减缩值为16.6 dB m2；TM71则在匹配厚度2.47 mm时RLmin为-52.82 dB，对应匹配厚度2.28 mm的EABmax达6.93 GHz，同时实现17.95 dB m2的雷达散射截面(RCS)减缩。这使得TiO2/C@MoS2能够满足电磁波吸收材料(EMWAMs)“强、宽、薄、轻”的关键需求。此外，RCS模拟验证了该复合材料的实际适用性。因此，本研究为构建具有超薄结构、优异吸收性能与宽频吸收能力的下一代EMWAMs提供了创新策略。
2026, 42(11): 100352
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100352
Abstract:
慢性鼻窦炎(CRS)常因金黄色葡萄球菌病原体的检出而复杂化，对传统治疗方式构成重大临床挑战。同时，电磁干扰和辐射问题不仅对可穿戴医疗设备功能造成潜在威胁，也对人体健康构成风险。本文开发了一种多功能三聚氰胺泡沫复合材料，通过将二维碳化钛(Ti3C2Tx) MXene和银纳米线(AgNWs)整合到三聚氰胺泡沫骨架上，再包覆聚二甲基硅氧烷层以增强生物相容性和自清洁性能，从而实现高效杀菌。所得三聚氰胺泡沫/MXene/AgNWs/聚二甲基硅氧烷(MMAP)复合材料在近红外照射下表现出优异的光热转换能力。结合银离子的持续释放，对金黄色葡萄球菌实现了99.86%的杀菌率。同时，互连的MXene/AgNWs网络赋予该材料优异的导电性和30.1 dB的电磁屏蔽效能。本研究为设计兼具电磁屏蔽、光热杀菌活性和自清洁性能的集成生物材料提供了潜在方法，在抗细菌感染及抑制电磁辐射领域具有应用前景。
慢性鼻窦炎(CRS)常因金黄色葡萄球菌病原体的检出而复杂化，对传统治疗方式构成重大临床挑战。同时，电磁干扰和辐射问题不仅对可穿戴医疗设备功能造成潜在威胁，也对人体健康构成风险。本文开发了一种多功能三聚氰胺泡沫复合材料，通过将二维碳化钛(Ti3C2Tx) MXene和银纳米线(AgNWs)整合到三聚氰胺泡沫骨架上，再包覆聚二甲基硅氧烷层以增强生物相容性和自清洁性能，从而实现高效杀菌。所得三聚氰胺泡沫/MXene/AgNWs/聚二甲基硅氧烷(MMAP)复合材料在近红外照射下表现出优异的光热转换能力。结合银离子的持续释放，对金黄色葡萄球菌实现了99.86%的杀菌率。同时，互连的MXene/AgNWs网络赋予该材料优异的导电性和30.1 dB的电磁屏蔽效能。本研究为设计兼具电磁屏蔽、光热杀菌活性和自清洁性能的集成生物材料提供了潜在方法，在抗细菌感染及抑制电磁辐射领域具有应用前景。
2026, 42(11): 100357
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100357
Abstract:
梯型(S型)异质结因其独特的电荷转移机制以及最大化光生电子和空穴的氧化还原能力而脱颖而出，已被广泛用于应对日益严峻的能源危机和环境挑战。本文通过界面W-S配位键在多孔WO3纳米纤维上生长In2S3纳米片，开发了无贵金属的WO3/In2S3 S型异质结。在WO3/In2S3异质界面形成的W-S键构建了快速电荷传输通道，加速了载流子分离，并促进了光催化H2O2的生成。优化后的WO3/In2S3复合材料(WI-25)实现了1349.2 μmol g-1 h-1的优异光催化H2O2产率。原位辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)、偏态密度(PDOS)计算、电子顺磁共振(EPR)和飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)共同验证了由界面配位键介导的S型电荷转移路径。本研究为构建具有界面配位键的S型异质结以提高光催化性能提供了一种合理策略。
梯型(S型)异质结因其独特的电荷转移机制以及最大化光生电子和空穴的氧化还原能力而脱颖而出，已被广泛用于应对日益严峻的能源危机和环境挑战。本文通过界面W-S配位键在多孔WO3纳米纤维上生长In2S3纳米片，开发了无贵金属的WO3/In2S3 S型异质结。在WO3/In2S3异质界面形成的W-S键构建了快速电荷传输通道，加速了载流子分离，并促进了光催化H2O2的生成。优化后的WO3/In2S3复合材料(WI-25)实现了1349.2 μmol g-1 h-1的优异光催化H2O2产率。原位辐照X射线光电子能谱(ISI-XPS)、偏态密度(PDOS)计算、电子顺磁共振(EPR)和飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)共同验证了由界面配位键介导的S型电荷转移路径。本研究为构建具有界面配位键的S型异质结以提高光催化性能提供了一种合理策略。
2026, 42(11): 100367
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100367
Abstract:
过氧化氢(H2O2)作为一种环境友好型氧化剂，其光催化合成与环境修复相结合是一种极具吸引力的策略。为解决传统光催化剂中电荷动力学缓慢和表面反应受限的问题，本研究探索了二维碳化钽(Ta2C) MXene作为有效助催化剂，用于调控石墨相氮化碳(g-C3N4)的界面电子结构，从而实现高效H2O2制备以及盐酸四环素(TCH)的降解。系统表征和理论计算表明，两种组分之间显著的功函数差异诱导费米能级平衡，并促进内建电场的形成，从而驱动光生电子从g-C3N4定向迁移至Ta2C，加速电荷分离并抑制电荷复合。优化后的g-C3N4/Ta2C-6 (CT-6)复合材料实现了4584.7 μmol g-1 h-1的H2O2产率，并在1 h内降解了86.56%的TCH，显著优于原始g-C3N4。机理研究表明，H2O2主要通过两步单电子氧还原途径生成，反应中产生的活性氧物种在TCH降解中起关键作用。本研究证明了Ta2C作为非贵金属助催化剂的潜力，并建立了MXene基异质结中界面电子结构、电荷转移动力学与光催化反应途径之间的明确关联，为设计高性能、多功能光催化剂提供了原子层面的见解和理论基础。
过氧化氢(H2O2)作为一种环境友好型氧化剂，其光催化合成与环境修复相结合是一种极具吸引力的策略。为解决传统光催化剂中电荷动力学缓慢和表面反应受限的问题，本研究探索了二维碳化钽(Ta2C) MXene作为有效助催化剂，用于调控石墨相氮化碳(g-C3N4)的界面电子结构，从而实现高效H2O2制备以及盐酸四环素(TCH)的降解。系统表征和理论计算表明，两种组分之间显著的功函数差异诱导费米能级平衡，并促进内建电场的形成，从而驱动光生电子从g-C3N4定向迁移至Ta2C，加速电荷分离并抑制电荷复合。优化后的g-C3N4/Ta2C-6 (CT-6)复合材料实现了4584.7 μmol g-1 h-1的H2O2产率，并在1 h内降解了86.56%的TCH，显著优于原始g-C3N4。机理研究表明，H2O2主要通过两步单电子氧还原途径生成，反应中产生的活性氧物种在TCH降解中起关键作用。本研究证明了Ta2C作为非贵金属助催化剂的潜力，并建立了MXene基异质结中界面电子结构、电荷转移动力学与光催化反应途径之间的明确关联，为设计高性能、多功能光催化剂提供了原子层面的见解和理论基础。
2026, 42(11): 100368
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100368
Abstract:
锡基电极材料因其较高的理论比容量，已成为高能量密度电池体系中极具应用前景的负极候选材料之一。然而，其在循环过程中巨大的体积膨胀与容量快速衰减问题，严重阻碍了商业化应用进程。为解决这一关键难题，本文巧妙结合铋基材料高稳定性与锡基材料高比容量的优势，设计并制备了一维纳米棒结构的氧化锡包覆硫化铋(Bi2S3@Sn0.904O2)纳米复合材料。通过工艺调控，在材料中合理引入阳离子锡空位与阴离子硫空位，两类空位与异质结结构产生协同效应，共同提升电极的储锂性能。将所制备的Bi2S3@Sn0.904O2用作锂离子电池负极时，在电流密度500 mA g-1下循环150圈可逆比容量达737.3 mA g-1；在2 A g-1大电流下循环1500圈后，仍可保持656.8 mAh g-1的比容量。更为重要的是，本文借助密度泛函理论(DFT)计算，系统阐明了其内在储能作用机理。该独特的结构设计策略，为构筑高性能锡基电极材料及其他金属基负极材料提供了重要的理论与实验指导。
锡基电极材料因其较高的理论比容量，已成为高能量密度电池体系中极具应用前景的负极候选材料之一。然而，其在循环过程中巨大的体积膨胀与容量快速衰减问题，严重阻碍了商业化应用进程。为解决这一关键难题，本文巧妙结合铋基材料高稳定性与锡基材料高比容量的优势，设计并制备了一维纳米棒结构的氧化锡包覆硫化铋(Bi2S3@Sn0.904O2)纳米复合材料。通过工艺调控，在材料中合理引入阳离子锡空位与阴离子硫空位，两类空位与异质结结构产生协同效应，共同提升电极的储锂性能。将所制备的Bi2S3@Sn0.904O2用作锂离子电池负极时，在电流密度500 mA g-1下循环150圈可逆比容量达737.3 mA g-1；在2 A g-1大电流下循环1500圈后，仍可保持656.8 mAh g-1的比容量。更为重要的是，本文借助密度泛函理论(DFT)计算，系统阐明了其内在储能作用机理。该独特的结构设计策略，为构筑高性能锡基电极材料及其他金属基负极材料提供了重要的理论与实验指导。
2026, 42(11): 100369
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100369
Abstract:
本研究创新性地提出了一种基质比例调控策略，通过一步水热法合成了可调谐白色室温磷光(RTP)碳点嵌入三氧化二硼(B2O3)与三聚氰酸(CA)双限域复合材料(记为W-CD@B2O3-CA)。通过调节基质比例并利用多重限域效应，所获得的W-CD@B2O3-CA实现了从暖白光到中性白光、再到冷白光的宽范围色度调控，显色指数从85.6提升至91.1。系统表征表明，白色余辉发射源于碳核尺寸、表面官能团及基质内B/N共掺杂的协同贡献。基于其独特的光学特性，成功开发了高对比度指纹识别与多级信息加密应用。此外，通过优化合成工艺，实现了低成本、高产率的公斤级制备，为新型高效白色RTP材料的实际探索提供了新路径。
本研究创新性地提出了一种基质比例调控策略，通过一步水热法合成了可调谐白色室温磷光(RTP)碳点嵌入三氧化二硼(B2O3)与三聚氰酸(CA)双限域复合材料(记为W-CD@B2O3-CA)。通过调节基质比例并利用多重限域效应，所获得的W-CD@B2O3-CA实现了从暖白光到中性白光、再到冷白光的宽范围色度调控，显色指数从85.6提升至91.1。系统表征表明，白色余辉发射源于碳核尺寸、表面官能团及基质内B/N共掺杂的协同贡献。基于其独特的光学特性，成功开发了高对比度指纹识别与多级信息加密应用。此外，通过优化合成工艺，实现了低成本、高产率的公斤级制备，为新型高效白色RTP材料的实际探索提供了新路径。
2026, 42(11): 100370
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100370
Abstract:
氢键有机框架(HOFs)在光催化领域具有巨大的应用潜力。然而，其在光催化产H2O2及抗菌活性中的实际应用仍受限于固有的低效电子-空穴分离及结构稳定性不足。本研究以1,3,6,8-四(对苯甲酸)芘(H4TBAPy)为前驱体，通过自组装法制备了Py-HOF光催化剂，并采用原位合成策略合理构建了二氧化钛/氢键有机框架(TiO2/Py-HOF, T/Py-HOF)S型异质结。由于H4TBAPy的强氢键和π-π相互作用，T/Py-HOF S型异质结展现出优异的稳定性。此外，原位光照光电子能谱(ISXPS)、飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)及密度泛函理论计算(DFT)验证了T/Py-HOF异质结中的S型载流子迁移机制。得益于T/Py-HOF S型光催化剂的超快电荷转移和优异氧化还原能力，最优配比的T/Py-HOF-5%实现了1890 μmol g-1 h-1的显著H2O2产率，分别较纯TiO2和裸Py-HOF提升约15.24倍和6.19倍，同时保持优异的稳定性。进一步地，T/Py-HOF异质结对大肠杆菌(E. coli)展现出卓越的光催化灭菌活性，在90 min光照后实现近100%的细菌灭活。综上，本研究为设计能源与环境应用中基于HOF的高效S型光催化剂提供了新见解。
氢键有机框架(HOFs)在光催化领域具有巨大的应用潜力。然而，其在光催化产H2O2及抗菌活性中的实际应用仍受限于固有的低效电子-空穴分离及结构稳定性不足。本研究以1,3,6,8-四(对苯甲酸)芘(H4TBAPy)为前驱体，通过自组装法制备了Py-HOF光催化剂，并采用原位合成策略合理构建了二氧化钛/氢键有机框架(TiO2/Py-HOF, T/Py-HOF)S型异质结。由于H4TBAPy的强氢键和π-π相互作用，T/Py-HOF S型异质结展现出优异的稳定性。此外，原位光照光电子能谱(ISXPS)、飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)及密度泛函理论计算(DFT)验证了T/Py-HOF异质结中的S型载流子迁移机制。得益于T/Py-HOF S型光催化剂的超快电荷转移和优异氧化还原能力，最优配比的T/Py-HOF-5%实现了1890 μmol g-1 h-1的显著H2O2产率，分别较纯TiO2和裸Py-HOF提升约15.24倍和6.19倍，同时保持优异的稳定性。进一步地，T/Py-HOF异质结对大肠杆菌(E. coli)展现出卓越的光催化灭菌活性，在90 min光照后实现近100%的细菌灭活。综上，本研究为设计能源与环境应用中基于HOF的高效S型光催化剂提供了新见解。
2026, 42(11): 100372
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100372
Abstract:
Mo2C MXene (Mo2CTx)被认为是光催化产氢领域最高效的助剂之一，但其固有的助催化性能常受限于催化活性Mo原子对氢中间体(H*)过强的吸附作用。为此，本研究提出了一种巧妙的策略：通过构建Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结助剂，调节Mo2CTx中活性Mo原子的H*吸附亲和力，从而有效削弱Mo-Hads键，以实现高效的光催化产氢。具体而言，利用简便的NaBH4辅助溶剂热法合成Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结，随后通过超声辅助法将其与TiO2复合，制备出了TiO2/Mo2CTx-MoSe2-ySy复合光催化剂。结果表明，TiO2/Mo2CTx-MoSe1.5S0.5样品表现出了优异的光催化产氢速率(1142.76 μmol g-1 h-1)，分别比TiO2/Mo2CTx和TiO2/Mo2CTx-MoSe2高出4.76倍和1.95倍。实验表征与密度泛函理论(DFT)计算结果表明，自由电子从MoSe1.5S0.5定向转移至Mo2CTx，能向Mo2CTx上Mo原子的d轨道注入电子，从而形成富电子的Moδ-位点。富电子的Moδ-位点能够增加Mo-Hads反键轨道的占据态，进而削弱Mo-Hads键，使Mo2CTx的表面实现近乎平衡的H*吸附/脱附动力学，从而显著提升产氢性能。本研究为合理设计Mo2CTx基助剂以优化其活性位点效率开辟了新途径。
Mo2C MXene (Mo2CTx)被认为是光催化产氢领域最高效的助剂之一，但其固有的助催化性能常受限于催化活性Mo原子对氢中间体(H*)过强的吸附作用。为此，本研究提出了一种巧妙的策略：通过构建Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结助剂，调节Mo2CTx中活性Mo原子的H*吸附亲和力，从而有效削弱Mo-Hads键，以实现高效的光催化产氢。具体而言，利用简便的NaBH4辅助溶剂热法合成Mo2CTx-MoSe2-ySy异质结，随后通过超声辅助法将其与TiO2复合，制备出了TiO2/Mo2CTx-MoSe2-ySy复合光催化剂。结果表明，TiO2/Mo2CTx-MoSe1.5S0.5样品表现出了优异的光催化产氢速率(1142.76 μmol g-1 h-1)，分别比TiO2/Mo2CTx和TiO2/Mo2CTx-MoSe2高出4.76倍和1.95倍。实验表征与密度泛函理论(DFT)计算结果表明，自由电子从MoSe1.5S0.5定向转移至Mo2CTx，能向Mo2CTx上Mo原子的d轨道注入电子，从而形成富电子的Moδ-位点。富电子的Moδ-位点能够增加Mo-Hads反键轨道的占据态，进而削弱Mo-Hads键，使Mo2CTx的表面实现近乎平衡的H*吸附/脱附动力学，从而显著提升产氢性能。本研究为合理设计Mo2CTx基助剂以优化其活性位点效率开辟了新途径。
2026, 42(11): 100376
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100376
Abstract:
杂原子掺杂能够打破金属硫化物的本征电子对称性，是促进电荷分离的有效策略。本研究通过水热法合成了钴掺杂硫化镉(CoCdS)纳米颗粒，并将其与二维石墨炔(GDY)耦合构建GDY/CoCdS S型异质结，用于高效宽光谱光催化产氢。钴掺杂诱导CdS中局部不对称电荷分布，削弱S-H相互作用并降低氢脱附能垒，从而加速表面析氢反应。同时，钴掺杂还产生局部内建电场，显著增强CdS内部的本征电荷分离，并协同促进S型异质结中的界面电荷转移。原位X射线光电子能谱(XPS)分析与差分电荷密度计算证实了GDY/CoCdS异质界面的S型电荷转移机制，该机制极大加速了光生载流子的分离与迁移。此外，GDY凭借其宽光谱捕获能力和光热效应，赋予复合材料更宽的光响应范围并增强析氢反应动力学。因此，15%GDY/CoCdS在可见光照射下4 h内产氢量达4.8 mmol g-1，分别是纯CoCdS和GDY的约9.6倍和48倍。本研究为通过钴掺杂诱导S型异质结中不对称电荷调控实现高效宽光谱光催化产氢提供了可行策略。
杂原子掺杂能够打破金属硫化物的本征电子对称性，是促进电荷分离的有效策略。本研究通过水热法合成了钴掺杂硫化镉(CoCdS)纳米颗粒，并将其与二维石墨炔(GDY)耦合构建GDY/CoCdS S型异质结，用于高效宽光谱光催化产氢。钴掺杂诱导CdS中局部不对称电荷分布，削弱S-H相互作用并降低氢脱附能垒，从而加速表面析氢反应。同时，钴掺杂还产生局部内建电场，显著增强CdS内部的本征电荷分离，并协同促进S型异质结中的界面电荷转移。原位X射线光电子能谱(XPS)分析与差分电荷密度计算证实了GDY/CoCdS异质界面的S型电荷转移机制，该机制极大加速了光生载流子的分离与迁移。此外，GDY凭借其宽光谱捕获能力和光热效应，赋予复合材料更宽的光响应范围并增强析氢反应动力学。因此，15%GDY/CoCdS在可见光照射下4 h内产氢量达4.8 mmol g-1，分别是纯CoCdS和GDY的约9.6倍和48倍。本研究为通过钴掺杂诱导S型异质结中不对称电荷调控实现高效宽光谱光催化产氢提供了可行策略。
2026, 42(11): 100381
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100381
Abstract:
在碱性析氢反应(HER)中，Volmer步骤(H2O + e- → H* + OH-)的缓慢动力学以及海水中的腐蚀性氯离子，对高效海水电解构成了双重挑战。本文通过一步电沉积法合成了MoNi4合金/非晶态NiMoOx(MoNi4/NiMoOx)催化剂，在10 mA cm-2下仅需28 mV的过电位，并在碱性天然海水中于500 mA cm-2下稳定运行800 h。该电极可放大至15 cm×15 cm，其切割片(110 cm2)在工业电解槽中于2 A cm-2下稳定工作750 h。X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收精细结构(XAFS)分析表明，MoNi4/NiMoOx通过从MoNi4到NiMoOx的电子转移，生成了富含电子的低价Niδ+(0 < δ < 1)物种。原位拉曼光谱、Bode相分析和局部pH测量证明，MoNi4/NiMoOx中的这种界面电子效应通过促进界面水分解加速了Volmer决速步骤，并维持了热力学上更有利于HER的较低局部pH值。理论计算显示，MoNi4/NiMoOx的d带中心更接近费米能级，提供了更强的H*吸附，近乎热中性的Volmer解离步骤以及固有的Cl-排斥作用，从而实现了在海水中的良好稳定性。该策略为直接海水电解提供了一条简单且可放大的高性能非贵金属催化剂制备途径。
在碱性析氢反应(HER)中，Volmer步骤(H2O + e- → H* + OH-)的缓慢动力学以及海水中的腐蚀性氯离子，对高效海水电解构成了双重挑战。本文通过一步电沉积法合成了MoNi4合金/非晶态NiMoOx(MoNi4/NiMoOx)催化剂，在10 mA cm-2下仅需28 mV的过电位，并在碱性天然海水中于500 mA cm-2下稳定运行800 h。该电极可放大至15 cm×15 cm，其切割片(110 cm2)在工业电解槽中于2 A cm-2下稳定工作750 h。X射线光电子能谱(XPS)和X射线吸收精细结构(XAFS)分析表明，MoNi4/NiMoOx通过从MoNi4到NiMoOx的电子转移，生成了富含电子的低价Niδ+(0 < δ < 1)物种。原位拉曼光谱、Bode相分析和局部pH测量证明，MoNi4/NiMoOx中的这种界面电子效应通过促进界面水分解加速了Volmer决速步骤，并维持了热力学上更有利于HER的较低局部pH值。理论计算显示，MoNi4/NiMoOx的d带中心更接近费米能级，提供了更强的H*吸附，近乎热中性的Volmer解离步骤以及固有的Cl-排斥作用，从而实现了在海水中的良好稳定性。该策略为直接海水电解提供了一条简单且可放大的高性能非贵金属催化剂制备途径。
2026, 42(11): 100384
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100384
Abstract:
太阳能驱动催化反应提供了一条环境友好且能源可持续的途径，以应对紧迫的全球能源和环境挑战。然而，其实际应用仍受限于现有光催化剂性能不佳。在此，我们报道了一种新型有机/无机异质结光催化剂，即5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉(TPPS)/Bi2WO6 (BWO)，通过将TPPS锚定在BWO微球上制备而成。这种独特结构显著增强了异质界面处的内建电场(IEF)，从而促进两种组分之间高效的电荷载流子迁移。值得注意的是，具有强氧化能力的光生空穴积累在BWO表面，并参与羟基自由基(·OH)的生成。同时，分离在TPPS组分上的强还原性电子被分子氧迅速捕获，将其还原为超氧自由基(·O2-)。这种协同电荷分配加速了系统内最强还原性和氧化性物种的分离及功能化利用。所产生的活性自由基，连同表面积累的空穴，作为主要活性物种，驱动了90.2%的优异四环素降解效率。因此，TPPS/BWO异质结实现了四环素降解速率常数约为原始BWO的3.2倍。机理研究结合实验表征与密度泛函理论(DFT)计算揭示，高活性源于TPPS与BWO之间形成的有机/无机S型异质结。这种构型有效保留了异质结系统的优异氧化还原能力。总体而言，这项工作为光催化环境修复中有机/无机异质界面的合理设计提供了新见解。
太阳能驱动催化反应提供了一条环境友好且能源可持续的途径，以应对紧迫的全球能源和环境挑战。然而，其实际应用仍受限于现有光催化剂性能不佳。在此，我们报道了一种新型有机/无机异质结光催化剂，即5,10,15,20-四(4-磺基苯基)卟啉(TPPS)/Bi2WO6 (BWO)，通过将TPPS锚定在BWO微球上制备而成。这种独特结构显著增强了异质界面处的内建电场(IEF)，从而促进两种组分之间高效的电荷载流子迁移。值得注意的是，具有强氧化能力的光生空穴积累在BWO表面，并参与羟基自由基(·OH)的生成。同时，分离在TPPS组分上的强还原性电子被分子氧迅速捕获，将其还原为超氧自由基(·O2-)。这种协同电荷分配加速了系统内最强还原性和氧化性物种的分离及功能化利用。所产生的活性自由基，连同表面积累的空穴，作为主要活性物种，驱动了90.2%的优异四环素降解效率。因此，TPPS/BWO异质结实现了四环素降解速率常数约为原始BWO的3.2倍。机理研究结合实验表征与密度泛函理论(DFT)计算揭示，高活性源于TPPS与BWO之间形成的有机/无机S型异质结。这种构型有效保留了异质结系统的优异氧化还原能力。总体而言，这项工作为光催化环境修复中有机/无机异质界面的合理设计提供了新见解。
2026, 42(11): 100385
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100385
Abstract:
共价有机框架(COFs)在太阳能驱动过氧化氢(H2O2)光合作用中展现出潜力，但受限于层间电荷传输效率低下。本研究通过空间位阻产生的非共价相互作用，逐步用氮原子替代三苯基芳烃平台中心芳环上的交替碳原子，从而设计并合成了一系列基于四嗪的COFs (Tz-COF-Nx)。结果表明，随着COFs骨架中氮原子数量的增加，相邻芳环之间的二面角逐渐减小。增强的层间π-π相互作用缩短了层间电子迁移距离，并显著提高了光生电荷载流子的分离和迁移效率。层间电子转移数遵循以下趋势：Tz-COF-N3 (0.021 e-) > Tz-COF-N2 (0.011 e-) > Tz-COF-N1 (0.006 e-) > Tz-COF-N0 (0.001 e-)。因此，Tz-COF-N3在纯水中实现了6316.4 μmol g-1 h-1的光催化H2O2产率，是苯-四嗪COF (Tz-COF-N0)的5.3倍。本研究通过调节空间构型以优化层间相互作用并促进层间电荷传输，为设计高效的COF基光催化剂提供了一种可行策略。
共价有机框架(COFs)在太阳能驱动过氧化氢(H2O2)光合作用中展现出潜力，但受限于层间电荷传输效率低下。本研究通过空间位阻产生的非共价相互作用，逐步用氮原子替代三苯基芳烃平台中心芳环上的交替碳原子，从而设计并合成了一系列基于四嗪的COFs (Tz-COF-Nx)。结果表明，随着COFs骨架中氮原子数量的增加，相邻芳环之间的二面角逐渐减小。增强的层间π-π相互作用缩短了层间电子迁移距离，并显著提高了光生电荷载流子的分离和迁移效率。层间电子转移数遵循以下趋势：Tz-COF-N3 (0.021 e-) > Tz-COF-N2 (0.011 e-) > Tz-COF-N1 (0.006 e-) > Tz-COF-N0 (0.001 e-)。因此，Tz-COF-N3在纯水中实现了6316.4 μmol g-1 h-1的光催化H2O2产率，是苯-四嗪COF (Tz-COF-N0)的5.3倍。本研究通过调节空间构型以优化层间相互作用并促进层间电荷传输，为设计高效的COF基光催化剂提供了一种可行策略。
2026, 42(11): 100405
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100405
Abstract:
在通信和雷达隐身应用中，微波吸收材料亟需在有限厚度下实现高效衰减与稳定运行。然而，连续导电网络或高含量损耗相虽然能够增强电磁衰减，却容易因表面介电响应过高而导致阻抗失配；而单纯采用低极性聚合物进行包覆，又可能削弱内部活性界面，从而难以兼顾电磁波入射与能量转化。针对这一问题，本研究提出一种“氟碳门控-埋藏界面耗散”策略，构筑了由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)/聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol)，PVA)基体、短切碳纤维(carbon fibers，CFs)和氧化钴微区(CoOx)组成的多孔复合泡沫，以下简称PPCFCs。通过在酸化短切碳纤维表面固定Co2+前驱体、PTFE/PVA发泡以及N2/空气分步热重构，所得复合材料形成了富氟表面组成，以及内部嵌有局部分散CoOx/CFs相关纳米晶微区的低有序碳质基体。氟碳表面有助于缓解空气/材料界面处的阻抗突变并降低液相润湿，而多孔骨架则能够延长电磁波的传播路径。在材料内部，非贯通的CFs微电流单元与CoOx纳米微区协同诱导受限电荷迁移、多级极化弛豫及辅助磁响应。最优样品PPCFC-3在厚度为2.8 mm时获得-52.61 dB的最小反射损耗，并在厚度为3.4 mm时实现X波段的有效覆盖。同时，该材料表现出较高的表观疏水性，并能够有效阻滞腐蚀介质的渗入。本研究通过表面阻抗调控和内部界面耗散的协同效应，为优化多孔微波吸收材料提供了一种空间分区设计方法。
在通信和雷达隐身应用中，微波吸收材料亟需在有限厚度下实现高效衰减与稳定运行。然而，连续导电网络或高含量损耗相虽然能够增强电磁衰减，却容易因表面介电响应过高而导致阻抗失配；而单纯采用低极性聚合物进行包覆，又可能削弱内部活性界面，从而难以兼顾电磁波入射与能量转化。针对这一问题，本研究提出一种“氟碳门控-埋藏界面耗散”策略，构筑了由聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，PTFE)/聚乙烯醇(poly(vinyl alcohol)，PVA)基体、短切碳纤维(carbon fibers，CFs)和氧化钴微区(CoOx)组成的多孔复合泡沫，以下简称PPCFCs。通过在酸化短切碳纤维表面固定Co2+前驱体、PTFE/PVA发泡以及N2/空气分步热重构，所得复合材料形成了富氟表面组成，以及内部嵌有局部分散CoOx/CFs相关纳米晶微区的低有序碳质基体。氟碳表面有助于缓解空气/材料界面处的阻抗突变并降低液相润湿，而多孔骨架则能够延长电磁波的传播路径。在材料内部，非贯通的CFs微电流单元与CoOx纳米微区协同诱导受限电荷迁移、多级极化弛豫及辅助磁响应。最优样品PPCFC-3在厚度为2.8 mm时获得-52.61 dB的最小反射损耗，并在厚度为3.4 mm时实现X波段的有效覆盖。同时，该材料表现出较高的表观疏水性，并能够有效阻滞腐蚀介质的渗入。本研究通过表面阻抗调控和内部界面耗散的协同效应，为优化多孔微波吸收材料提供了一种空间分区设计方法。
2026, 42(11): 100407
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100407
Abstract:
开发兼具强衰减能力和良好生物相容性的高性能电磁波(EMW)吸收材料，对于可穿戴电子、植入式设备和便携式医疗设备等新兴应用日益重要。本研究通过静电纺丝结合牺牲模板法及后续高温碳化，制备了一类具有精确曲率控制的中空磁性碳纳米纤维(Ni/HCNFs)调节SiO2米球的直径，系统调控了纳米纤维的内部空腔尺寸和几何曲率。优化后的具有300 nm空腔的Ni/HCNFs表现出优异的反射损耗最小值-58.7 dB和有效吸收带宽5.28 GHz。增强的电磁波吸收归因于阻抗匹配优化、中空空腔内多次反射以及由曲率诱导的晶格应变梯度和表面应力场引起的界面/偶极极化损耗增强的协同效应，这已通过密度泛函理论计算和有限元模拟得到验证。此外，初步生物相容性评估表明，Ni/HCNFs在与成纤维细胞共培养时表现出低细胞毒性和良好的细胞活力，表明其作为未来生物集成电子系统中安全高效的电磁波吸收材料的潜力。这项工作不仅为设计轻质高性能电磁波吸收材料提供了稳健策略，也为它们在生物相容性、靶向微波热疗载体和环境适应性场景中的应用开辟了新途径。
开发兼具强衰减能力和良好生物相容性的高性能电磁波(EMW)吸收材料，对于可穿戴电子、植入式设备和便携式医疗设备等新兴应用日益重要。本研究通过静电纺丝结合牺牲模板法及后续高温碳化，制备了一类具有精确曲率控制的中空磁性碳纳米纤维(Ni/HCNFs)调节SiO2米球的直径，系统调控了纳米纤维的内部空腔尺寸和几何曲率。优化后的具有300 nm空腔的Ni/HCNFs表现出优异的反射损耗最小值-58.7 dB和有效吸收带宽5.28 GHz。增强的电磁波吸收归因于阻抗匹配优化、中空空腔内多次反射以及由曲率诱导的晶格应变梯度和表面应力场引起的界面/偶极极化损耗增强的协同效应，这已通过密度泛函理论计算和有限元模拟得到验证。此外，初步生物相容性评估表明，Ni/HCNFs在与成纤维细胞共培养时表现出低细胞毒性和良好的细胞活力，表明其作为未来生物集成电子系统中安全高效的电磁波吸收材料的潜力。这项工作不仅为设计轻质高性能电磁波吸收材料提供了稳健策略，也为它们在生物相容性、靶向微波热疗载体和环境适应性场景中的应用开辟了新途径。
2026, 42(11): 100417
doi: 10.1016/j.actphy.2026.100417
Abstract:
生物质衍生的磁介电协同复合材料因其来源广泛、成本低廉和结构独特而在微波吸收领域受到广泛关注。本研究通过脱矿-浸渍-烧结工艺，成功制备了造纸污泥(PMS)衍生的Ni改性C/SiO2(Ni/C/SiO2)复合材料。通过调节烧结温度，优化了Ni颗粒分布以及多孔碳骨架与内部灰分SiO2的复合，增强了磁介电协同效应，实现了优异的阻抗匹配和电磁波衰减。特别是Ni/C/SiO2复合材料在700 ℃热处理温度下(NCS-700)表现出优异的微波吸收性能，在匹配厚度为2.0 mm时，有效吸收带宽(EAB)达到5.6 GHz，最小反射损耗(RLmin)为-39.2 dB。这种优异的性能源于多重损耗机制的协同增强，包括偶极子/界面极化弛豫、导电损耗和磁损耗。这项工作不仅为造纸污泥回收利用开辟了新前景，也为设计宽频段微波吸收剂提供了一条简单且经济高效的途径。
生物质衍生的磁介电协同复合材料因其来源广泛、成本低廉和结构独特而在微波吸收领域受到广泛关注。本研究通过脱矿-浸渍-烧结工艺，成功制备了造纸污泥(PMS)衍生的Ni改性C/SiO2(Ni/C/SiO2)复合材料。通过调节烧结温度，优化了Ni颗粒分布以及多孔碳骨架与内部灰分SiO2的复合，增强了磁介电协同效应，实现了优异的阻抗匹配和电磁波衰减。特别是Ni/C/SiO2复合材料在700 ℃热处理温度下(NCS-700)表现出优异的微波吸收性能，在匹配厚度为2.0 mm时，有效吸收带宽(EAB)达到5.6 GHz，最小反射损耗(RLmin)为-39.2 dB。这种优异的性能源于多重损耗机制的协同增强，包括偶极子/界面极化弛豫、导电损耗和磁损耗。这项工作不仅为造纸污泥回收利用开辟了新前景，也为设计宽频段微波吸收剂提供了一条简单且经济高效的途径。
