顼建乐最新Nanotechnology论文：一种强氢化纳米TiO2的制备及其微波吸收性能研究

目前，电磁波尤其是高频电磁波被广泛应用于军事和民用领域。与此同时，电磁辐射干扰对通信设备的应用拓展和生物系统的健康也带来无形的影响。吸波材料（MAMS）作为一种功能材料，可有效地将耗损电磁波或将电磁能转化为热能而吸收。因此，研发一种化学稳定性好、厚度薄、电磁吸附能力强、吸收频率宽的吸波材料已成为目前国内外关注的焦点。近日，武汉大学物理科学与技术学院潘春旭教授课题组的博士生顼建乐等人联合贵州大学物理学祁小四教授，采用“密封-转移”一步还原合成法合成了一种强氢化黑色纳米二氧化钛（TiO₂）材料，并表现出优异的微波吸收性能。相关成果已经在线发表在国际著名刊物《Nanotechnology》上。

Jianle Xu, Xiaosi Qi, Chengzhi Luo, Jie Qiao, Ren Xie, Yuan Sun, Wei Zhong, Qiang Fu, Chunxu Pan: “Synthesis and enhanced microwave absorptionproperties : a strongly hydrogenated TiO₂ nanomaterials”, Accepted manuscript online 24 July 2017, DOI:https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa81ba.

该项研究以NaHB₄为还原剂，通过调控P25与还原剂比例，在相对低温条件下，一步合成氢化黑色纳米二氧化钛（TiO₂）材料。众所周知TiO₂作为最重要的光催化剂，但并不是传统吸波领域首选材料，而通过氢化处理后，实验结果显示：1）与原始TiO₂反射损耗值-6dB相比，氢化所得黑色纳米TiO₂反射损耗值可达-53.8dB。2）黑色纳米TiO₂的99％微波吸收频宽达9.5GHz，在7.3—16.8GHz频率范围内的反射损耗均低于-20 dB。3）复介电常数值在2-18GHz频率范围内，氢化黑色纳米TiO₂均有显著提高。

同时，本研究还通过借助X衍射（XRD）高分辨隧道显微镜（HRTEM）、X射线光电子能谱分析（XPS）、矢量分析仪对氢化纳米TiO₂晶体结构、表面化学键、电磁参数对吸波机制进行深入探究。研究表明，高度氢化后P25纳米颗粒晶化程度明显降低，并出现大区域氧空位和T³⁺离子，使得纳米颗粒之间界面极化程度增强。由于界面两边的组分具有不同的极性或电导率，在外电磁场的作用下，电介质中的电子或离子就会在界面处聚集，引起各种弛豫极化和介质极化，从而产生较强的电磁波衰减。

预计此氢化技术将进一步拓宽纳米TiO₂材料在光催化、超级电容、生物医学等领域的应用。

文章链接：Synthesis and enhanced microwave absorption properties : a stronglyhydrogenated TiO₂ nanomaterials, DOI: https://doi.org/10.1088/1361-6528/aa81ba.

图1. 氢化黑色纳米TiO₂制备示意图

图2. P25 (a-b)和氢化黑色纳米TiO₂(c-d) 的TEM 和HRTEM 观察

图3. (a) P25和(b) 氢化黑色纳米TiO₂的3D电磁波反射损耗值示意图

图4. P25和氢化黑色纳米TiO₂复介电常数测试分析：(a)实部; (b) 虚部

图5. 氢化黑色纳米TiO₂微波吸收机制示意图