近日，材料科学与工程学院2023级硕士研究生黄俊，在材料科学与工程学院曾小军老师指导下，以第一作者身份在顶级期刊《Advanced Functional Materials》（中国科学院1区Top，IF=19.0，CiteScore：27.7）上发表研究性论文“In situconstruction of MXene derivatives and rare metal doping in nanofibers for multifunctional and ultrathin electromagnetic responses”。曾小军老师为该论文的通讯作者。

随着电子设备和无线通信技术的快速发展，电磁污染问题日益突出。电磁污染不仅威胁精密电子设备的运行稳定性，而且对人体健康构成潜在风险。因此，开发高效、轻质、宽频带的电磁波（EMW）吸收材料至关重要。二维MXene的原位重构是解决其阻抗失匹的关键，但对这一过程的精确控制仍具有挑战性。另一方面，实现多功能集成的电磁系统对于推动电磁防护的进步较为重要。

本文设计了一种具有三维（3D）空间网络结构的一维（1D）PCN/MXene-TiO₂-RM（RM=Gd，Ce，Pr，Er，Sm）复合纳米纤维。在热处理过程中，PAN被碳化成氮掺杂碳（PCN），形成具有高导电性的1D纳米纤维。MXene原位氧化为金红石相TiO₂，形成异质界面，并优化介电常数。此外，掺入的稀有金属进一步平衡了纳米纤维的介电常数，提高EMW衰减能力。因此，在1.7mm、2.245mm和2.88mm的匹配厚度下，PCN/MXene-TiO₂-Gd分别继承了-64.01dB、-71.32dB和-65.4dB的强反射损耗（Rʟ），展示了其出色的EMW响应特性。进一步的研究揭示了这一策略的普适性，因为掺杂其他稀有金属（Ce、Pr、Er、Sm）也显著提高了PCN/MXene-TiO₂纳米纤维的EMW吸收性能。重要的是，设计的1D复合纳米纤维还具有多功能特性，如轻质、柔韧性、疏水性、耐海水腐蚀性、热管理性和雷达隐身特性。这项工作在稀有金属改性MXene的多功能电磁系统的设计提供了一定的指导。

图1 PCN/MXene-TiO₂-RM纳米纤维形成的示意图

图2各样品的（a）XRD图谱，（b）拉曼光谱和I_D值，以及（d）TG曲线。（e）PCN/MXene-TiO₂、PCN/MXene-TiO₂-RM（RM=Gd、Pr、Er）的XPS光谱。（f）PCN/MXene-TiO₂-Er的Er 4d，（g）PCN/MXene-TiO₂-Pr的Pr 3d，（h）PCN/MXene-TiO₂-Gd的Gd 4d和样品的（i）O 1s及（j）Ti 2p的高分辨率XPS光谱

图3（a，b）PCN/MXene-TiO₂，（c，d）PCN/MXeneTiO₂-Pr，（e，f）PCN/MXene-TiO₂-Er和（g，h）PCN/MXene-TiO₂-Gd的SEM图片。（i）样品中TiO₂的粒径值。（j）PCN/MXene-TiO₂-RM纳米纤维的结构示意图

图4 PCN/MXene-TiO₂-Gd纳米纤维的EMW吸收机理图

(责任编辑：陶梦飞 审稿：兰茜 陶梦飞)