Orbital Hybridization Induced Dipole Polarization and Room Temperature Magnetism of Atomic Co‐N4‐C toward Electromagnetic Energy Attenuation

磁性 材料科学 偶极子 极化(电化学) 衰减 原子物理学 凝聚态物理 分子物理学 物理 光学 物理化学 化学 量子力学
作者
Baojun Wang,Wei Wei,Fangzhi Huang,Fenghua Liu,Shikuo Li,Hui Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:30
标识
DOI:10.1002/adfm.202404484
摘要

Abstract Manipulating the electronic structure and geometric coordination environment of single metal atoms has been considered as promising approach for enhancing dipole polarization and enriching electromagnetic attenuation mechanisms. However, achieving precise control of the dielectric polarization response at atomic scale remains a huge challenge. Herein, a metal‐acetate coordination complexes‐assisted strategy is proposed to prepare spatially isolated cobalt (Co) atoms embedded in accordion‐like nitrogen‐doped carbon (NC) matrix. The interactions between metal atoms and NC matrix are carefully tailored through the successive evolution of dispersion states of Co species, ranging from individual atoms to atomic clusters to nanoparticles. Density functional theory reveals that the orbital hybridization between the d electrons of embedded Co atoms and p electrons of coordinated N atoms induces the electron redistribution at N sites, enabling enhanced electric dipole polarization and robust room temperature magnetism (a saturation magnetization of 0.108 emu g−1 at 300 K). Consequently, Co‐SAs@NC exhibits optimal electromagnetic wave absorption properties with a minimum reflection loss of ‐54.4 dB and an effective absorption bandwidth of 8.4 GHz. This work demonstrates an efficient strategy for modulating electromagnetic response at atomic level and provides a novel insight into the d/p electrons orbital hybridization between single metal atoms and NC species.
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