导电金属有机框架材料：电磁波吸收领域的新突破与原子级介电调控机制

为解决传统电磁波(EMW)吸收材料难以兼顾轻量化、强损耗与宽频带的问题，研究人员聚焦导电金属有机框架(cMOF)材料，通过原子级组成与结构调控，实现了优异的电磁波吸收性能。研究发现Zn3Cu1-HHTP材料反射损耗(RLmin)达-81.62 dB，CuHT-FCIP复合材料更实现2-40 GHz超宽带吸收。该研究为新型吸波材料设计提供了原子级介电调控新范式。

　　

随着5G/6G通信技术的迅猛发展，电磁波(EMW)污染已成为威胁人体健康和精密仪器安全的"隐形杀手"。传统吸波材料如铁氧体、碳化硅等面临"轻量化难、损耗弱、频带窄"的三大困境，而新兴的MXene、石墨烯又因制备复杂、阻抗失配等问题难以实用化。金属有机框架(MOF)材料凭借其可调控的孔隙结构和化学组成被视为潜力股，但绝大多数MOF绝缘的特性使其必须经过碳化处理才能应用——这一过程不仅破坏材料本征结构，还让制备流程复杂化。

山东大学材料科学与工程学院的研究团队另辟蹊径，聚焦具有本征导电特性的金属有机框架(cMOF)。这类材料无需碳化即可直接用于电磁波吸收，其独特的π-d电子共轭结构和可调的金属-配体配位环境，为在原子尺度调控介电性能提供了可能。研究人员通过系统研究发表在《Cell Reports Physical Science》的成果表明，通过精确调控cMOF的金属中心、有机配体和层间距，可实现电磁波吸收性能的突破性进展。

研究主要采用四种关键技术：1)溶剂热法合成系列过渡金属-HHTP六棱柱状cMOF；2)双金属离子比例调控实现带隙工程；3)第一性原理计算分析电荷密度分布与态密度；4)复合磁性材料构建梯度阻抗匹配超材料。

Current Progress in cMOF for EMW Absorption

初步探索发现Cu-S-MOF在100%填充率下可实现6.72 GHz有效吸收带宽(EAB)，而Cu-DCNQI通过π-d共轭将反射损耗(RL_min)提升至-76.8 dB。高分辨透射电镜(HR-TEM)显示，不同金属中心的HHTP材料具有显著差异的晶格条纹和电子衍射花样

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Dielectric Regulation Mechanism of cMOF

通过Zn/Cu双金属比例调控，研究人员实现了cMOF层间距与带隙能量的连续调节。当Zn含量增加时，带隙从2.18 eV降至1.78 eV，而介电常数实部(ε')从6.5增至9.2，虚部(ε'')从3.1升至5.8

。最优化的Zn₃Cu₁-HHTP在2.9 mm厚度下实现-81.62 dB的RL_min。

cMOF Composites Design

将CuHT与片状羰基铁(FCIP)复合后，材料同时具备介电损耗与磁损耗能力。通过梯度阻抗匹配设计，制备的超材料在9.3 mm厚度下实现2-40 GHz全频段吸收，覆盖5G所有频段

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该研究建立了cMOF介电性能的原子级调控范式，证实通过金属离子半径差异可精确调控层间距与电子结构。相比传统碳化MOF衍生物，本征cMOF保留了有序纳米孔道与活性位点，为发展"结构-功能一体化"吸波材料开辟新途径。未来研究需重点突破cMOF的规模化制备、环境稳定性提升以及多损耗机制协同等挑战，推动其从实验室走向实际应用。