【儀表網 研發快訊】近日，中國科學院合肥物質院強磁場中心王俊峰課題組在礦化蛋白調控晶體界面研究機制基礎上，依托穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)，成功開發了多層級生物型金屬-有機框架(Bio-MOFs)材料，大幅提升MOF材料在電磁波高效吸收方面的效率。相關成果發表在國際期刊Small上。
 

　　吸波材料是指具備吸收和抑制電磁波傳播、減少或消除反射的電磁波能量的材料。高性能的電磁波吸收材料在通信、醫療、軍工等多個領域具有廣泛的應用前景。金屬-有機框架(MOFs)由于其可調結構、高孔隙率和大比表面積而被認為是優秀的電磁波吸收材料前體之一。通常，MOF衍生的吸波材料具備卓越的電導率、優異的磁性、足夠的缺陷位和界面結構，從而在阻抗匹配和微波損耗方面表現出獨特的優勢。然而，要實現對廣泛頻率范圍內的電磁波的高效吸收，必須在保持輕便和靈活性的同時解決多個問題。為了有效克服這些困難，需要采用一種新穎的策略，既能夠彌補MOFs的不足，又能夠充分發揮其獨特性能。
 

　　在本研究中，基于研究團隊之前的仿生礦化合成研究成果(ACS Applied Materials & Interfaces, 2020, 12(51): 56701-56711； PNAS，2022，Vol. 119 No. 45； Chemical Engineering Journal 454 (2023) 140440；ACS Appl. Energy Mater. 2022, 5, 10254-10263)，研究團隊以生物礦化BSA蛋白模板為基礎，成功調控了鐵基MOF材料(Mil-100)的晶體結構，最終制備了一種獨特的生物型MOF材料(BSA@Mil-100)，該材料具有多層次、納米到微米級的高效自組裝結構。與傳統的Mil-100相比，BSA@Mil-100展現出顯著改善的微波吸收性能。研究結果表明，在8.85 GHz頻率下，BSA@Mil-100實現了-58 dB的顯著增強微波吸收性能，并具備6.79 GHz的帶寬。BSA作為模板封裝在Mil-100中，通過改善阻抗匹配、磁性損耗和介電損耗等方面，顯著提升了微波吸收性能。
 

　　此外，本研究還揭示了礦化蛋白BSA在調控MOF晶體形成中的作用，研究團隊合成了以明膠和糖為模板的Mil-100樣品作為對照。研究結果表明BSA礦化蛋白通過特異性識別金屬離子形成特殊礦化位點，是合成MOFs的理想模板，通過原位包袱可以精確調控MOF的微觀結構，確保單顆粒的均一性以及高效的自組裝。
 

　　上述工作為開發高性能的新型Bio-MOF材料提供了重要思路。
 

　　強磁場中心博士后Sajid ur Rehman、健康所博士后許帥、強磁場中心博士研究生李澤華為該論文的共同第一作者，強磁場中心王俊峰研究員和馬坤副研究員為共同通訊作者。該項研究獲得國家自然科學基金、科技部重大專項、中國科學院ANSO基金，中國科學院合肥物質科學研究院院長基金以及SHMFF的支持。
 

　　圖注. 通過對Bio-MOF材料的雷達截面(RCS)吸收性能的模擬分析，解釋了蛋白質原位包覆后如何影響MOF材料電磁性能的機制。