海南大学Guizhen Wang等-- Ti3C2 /Ni2P/三苯基亚磷酸酯作为具有优异光热性能的抗氧化微波吸收剂

具有高效光热转换性能的微波吸收器是目前所缺乏的，但由于其除了吸收性能外还能提供足够的热能，因此是非常需要的。本文通过一锅液相反应合成了Ti₃C₂/Ni₂P/三苯基亚磷酸酯(TPOP₂ -Ti₃C₂/Ni₂P)复合材料，证明了其具有优异的抗氧化和光热性能。Ni₂P可以有效地优化Ti3C2 MXene的阻抗匹配，从而提高其微波吸收(MA)性能。结果表明，TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P在10.88 GHz处的最小反射损失值为-57.87 dB，最大有效吸收带宽为5.04 GHz，厚度仅为1.8 mm。值得注意的是，MXene表面的TPOP可以同时作为抗氧化稳定剂和封端剂，以改善其疏水性和化学稳定性。提示TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P的平均水接触角为96.59^o，平均油接触角为26.02^o。此外，与纯Ti₃C₂相比，TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P在水溶液中具有明显的抗氧化稳定性。此外，在光照条件下，Ni₂P纳米粒子表现出偶极共振模式，增强了可见光的表面吸收能力。引入TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P后的天然橡胶膜在模拟光下表面温度迅速升高，表现出较高的光热转换能力。此外，无论在反复弯曲或烈日下，复合膜的MA性能基本保持不变。本研究为制造具有高效光热性能的MA材料提供了一种新策略，为设计结合电磁保护和自生热的可穿戴设备提供了可能。

图1 TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P纳米复合材料的制备工艺示意图。

图2. (a、e) Ti₃C₂， (b、f) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-0.5， (c、g) TPOP-Ti₃C₂/ Ni₂P-1， (d、h) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-2的TEM图像。(i) HRTEM， (j) SAED， (k) HAADF，以及TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P的Ti, C, Ni, P图像的元素映射。

图3 (a、b) XRD图谱。(c) XRD局部放大。(d) Ti₃C₂和TPOP-Ti₃C₂/Ni2P的拉曼光谱。(e) TPOP-Ti₃C₂/Ni2P和Ti₃C₂的FTIR分析。(f) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P与水、油的接触角图像。(g) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P样品的XPS谱。对于TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P样品，(h) Ti 2p， (i) Ni2p和(j) P 2p的高分辨率XPS曲线。

图4. (a, d) Ti₃C₂， (b, f) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-0.5， (c, g) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1和(d, h) TPOP-Ti₃C₂/ Ni₂P-2的RL和(e - h)对应的投影图。(i)模拟TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1在C、X和Ku波段的损耗曲线。比较(j)最大EAB， (k)产品的包装载荷，(l)不同文献报道的微波吸收器的最小RL值。

图5 频率依赖的(a) εʹ和(b) ε”。(c)试件的介电损耗切线。(d) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-0.5和(e) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1的Cole-Cole图。(f)样品衰减常数。(g)微波吸收原理图。(h) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P吸收体中电磁波损耗机理示意图。

图6 (a) TPOP-Ti₃C₂/ Ni₂P-0.5、(b) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1和(c) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-2的RL、阻抗匹配特性(Z = Zin/Z0)和匹配厚度(tm)与匹配频率(fm)的关系。

图7 (a) Ti₃C₂和TPOP-Ti₃C₂/Ni2P样品的UV-vis-NIR吸收光谱。(b)不同光照功率下TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1/NR薄膜对应的表面温度变化。TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1/NR胶片在(c)重复亮-关循环和(e)连续照射30 min下的温度-时间曲线，并有相应的IR热图像。(d)光热性能测试及光热机理示意图。(f) TPOP- 8 Ti3C2/Ni2P-1/NR胶片的照片(左)以及附有TPOP- Ti₃C₂/Ni₂P-1/NR胶片的手在太阳照射前(中)和照射后(右)的IR热像。(g) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1/NR经过500弯后的RL值。(h) TPOP-Ti₃C₂/Ni₂P-1/NR弯曲前后的EAB值。

相关科研成果由海南大学化学工程与技术学院Guizhen Wang等人于2023年发表在Chemical Engineering Journal (https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141275)上。原文：Ti₃C₂/Ni₂P/triphenyl phosphite as antioxidative microwave absorbers with excellent photothermal property。