氮掺杂多孔碳材料的物理化学协同制备策略及其高效电磁波吸收性能研究

本文通过物理（外部氮掺杂）和化学（内部氮掺杂）方法将氮原子引入木质素磺酸钠（SL），经750°C高温碳化成功制备NSLC和LAC两种高效电磁波吸收材料。研究表明，氮掺杂可调控材料电磁参数（ε'）、增强极化弛豫并优化阻抗匹配，其中NSLC-3在11.6 GHz频段反射损耗（RLmin）达-40.95 dB，有效吸收带宽（EAB）2.96 GHz；LAC-KOH-2在15.68 GHz实现RLmin -42.77 dB和EAB 4.16 GHz，其优异性能源于多孔结构与极化机制的协同效应。

　　

亮点

本研究创新性地通过物理与化学双路径氮掺杂策略，将废弃生物质资源转化为高性能电磁波"吞噬者"。

材料形貌分析（物理法制备氮掺杂木质素磺酸钠多孔碳）

图2展示了物理掺杂法结合750°C碳化2小时所得多孔碳的表面形貌。图2(a,b)显示，木质素磺酸钠碳化后材料表面形成大量孔径约10μm的孔洞——这源于热解过程中磺酸基团与钠金属的"自造孔"效应。更有趣的是，当引入尿素作为氮源后（图2c,d），材料表面涌现出更丰富的微/介孔结构，宛如"蜂窝迷宫"，这种分级孔隙体系为电磁波提供了多重散射和极化陷阱。X射线能谱（EDS）图谱证实氮元素已成功"安家"在碳骨架中，且分布均匀性堪比繁星点缀的夜空。

结论

通过"内外兼修"的氮掺杂策略（物理法简单高效，化学法深度均质），我们成功将木质素磺酸钠这一造纸废料转化为电磁波吸收界的"双料冠军"。扫描电镜（SEM）显示材料具有典型的多孔"珊瑚状"结构，红外与X射线光电子能谱（XPS）则像侦探般捕捉到氮原子通过-C=N-和-NH₂等化学键"落户"的证据。特别值得注意的是，氮掺杂就像给碳材料安装了"极化开关"，通过调整活化剂比例可精准调控介电损耗与阻抗匹配的"黄金平衡点"，这为开发"薄如蝉翼、强如盾牌"的新一代吸波材料提供了全新思路。