Using elliptical iron glycolate nanosheets as precursors, elliptical Fe3O4/C core–shell nanorings (NRs) [25 ± 10 nm in wall thickness, 150 ± 40 nm in length, and 1.6 ± 0.3 in long/short axis ratio] are synthesized via a one-pot hydrothermal route. The surface-poly(vinylpyrrolidone) (PVP)-protected-glucose reduction/carbonization/Ostwald ripening mechanism is responsible for Fe3O4/C NR formation. Increasing the glucose/precursor molar ratio can enhance carbon contents, causing a linear decrease in saturation magnetization (Ms) and coercivity (Hc). The Fe3O4/C NRs reveal enhanced low-frequency microwave absorption because of improvements to their permittivity and impedance matching. A maximum RL value of −55.68 dB at 3.44 GHz is achieved by Fe3O4/C NRs with 11.95 wt % C content at a volume fraction of 17 vol %. Reflection loss (RL) values (≤−20 dB) are observed at 2.11–10.99 and 16.5–17.26 GHz. Our research provides insights into the microwave absorption mechanism of elliptical Fe3O4/C core–shell NRs. Findings indicate that ring-like and core–shell nanostructures are promising structures for devising new and effective microwave absorbers.

This paper demonstrates a facile and low-cost carbothermal reduction preparation of monodisperse Fe3O4/C core-shell nanosheets (NSs) for greatly improved microwave absorption. In this protocol, the redox reaction between sheet-like hematite (α-Fe2O3) precursors and acetone under inert atmosphere and elevated temperature generates Fe3O4/C core-shell NSs with the morphology inheriting from α-Fe2O3. Thus, Fe3O4/C core-shell NSs of different sizes ( a) and Fe3O4/C core-shell nanopolyhedrons are obtained by using different precursors. Benefited from the high crystallinity of the Fe3O4 core and the thin carbon layer, the resultant NSs exhibit high specific saturation magnetization larger than 82.51 emu·g-1. Simultaneously, the coercivity enhances with the increase of a, suggesting a strong shape anisotropy effect. Furthermore, because of the anisotropy structure and the complementary behavior between Fe3O4 and C, the as-obtained Fe3O4/C core-shell NSs exhibit strong natural magnetic resonance at a high frequency, enhanced interfacial polarization, and improved impedance matching, ensuring the enhancement of the microwave absorption. The 250 nm NSs-paraffin composites exhibit reflection loss (RL) lower than -20 dB (corresponding to 99% absorption) in a large frequency ( f) range of 2.08-16.40 GHz with a minimum RL of -43.95 dB at f = 3.92 GHz when the thickness is tuned from 7.0 to 1.4 mm, indicating that the Fe3O4/C core-shell NSs are a good candidate to manufacture high-performance microwave absorbers. Moreover, the as-developed carbothermal reduction method could be applied for the fabrication of other composites based on ferrites and carbon.

Rambutan-like heterostructures consisting of Ni microspheres coated with oriented multiwall carbon nanotubes (MWCNTs) were synthesized by the one-pot thermal decomposition of a mixture of organic matter and Ni precursors. X-ray diffraction, scanning electron microscopy, transmission electron microscopy, and Raman spectroscopy were used to reveal the formation mechanism. The growth of MWCNTs capped by Ni nanoparticles on the surface of the Ni nanoparticle-built microspheres followed a tip-growth mode. The composition and morphology of the rambutan-like heterostructures were easily controlled by changing the reaction time, mass ratio δ of polyethylene glycol (PEG) 20 000 to NiO, as well as type of C source and Ni precursor. Increasing the δ favored not only the increased C mass fraction but also the morphological conversion from Ni/C film core–shell structures to rambutan-like Ni/MWCNT heterostructures. Such changes caused the decreased saturation magnetization and enhanced permittivity properties with δ. Owing to intensive eddy current loss and multiresonance behaviors, rambutan-like Ni/MWCNT heterostructures with long MWCNTs exhibited significantly improved complex permeability and magnetic loss. Ni/MWCNT heterostructures coated by short MWCNTs showed an optimal microwave absorption property with a minimum RL value of −37.9 dB occurring at 12.8 GHz. This work provides effective guidelines for devising and synthesizing highly efficient microwave-absorbing materials.

Upgrading single S-scheme heterojunctions to multi-S-scheme ones through implanting another component provides a promising means of simultaneously optimizing the charge transport dynamics and surface reaction kinetics, which, however, is challenged by the uncontrollable loading position of the third component. Herein, a component-directed growth strategy is implemented for deliberate deposition of ZnIn2S4 onto diverse locations of In2O3/CdS, constructing twin and triple S-scheme heterojuctions with distinct charge transfer pathways. The photocatalytic performances of as-synthesized ternary heterojunctions in CO2 reduction coupled with H2O oxidation strongly correlate with the location of ZnIn2S4. The selective coating of CdS with ZnIn2S4 expedites the charge transfer and separation, ensures the large-area exposure of In2O3 for smooth H2O oxidation, modulates the reaction energy barriers for promoted CO2-to-CO transformation while suppressing side H2 evolution, and raises the electron density and proton supply for CO2 methanation. Consequently, In2O3/CdS@ZnIn2S4 achieves optimum activities and selectivities in CO and CH4 production, along with nearly stoichiometric O2 evolution. This work not only offers valuable insights for the rational design of three-component heterojunction photocatalysts with multiple S-scheme charge transfer pathways but also opens up a fresh avenue to precisely regulate the loading position of the third component for enhancing the overall efficiency of photoredox catalysis.

Developing dual-functional materials with excellent thermal conduction and microwave absorption has emerged as a critical strategy for addressing increasingly serious electromagnetic pollution and heat dissipation difficulties. While the advancements in these materials are constrained by their high loading and incompatible performance. To develop a thermally conductive and microwave-absorbing material with a low load, this work fabricates a series of cotton-derived spiral fibers, i.e., carbon fibers (CFs), carbon fiber/Ni (CF@Ni) fibers, and carbon fiber/Ni/carbon nanotube (CF@Ni@CNT) fibers, via a freeze-drying calcination method. By controlling the amount of nickel acetate (n) and methylbenzene volume (V), we finely modulated the multiple heterostructure interfaces, dual-scale interconnected network, defects, and magnetic/dielectric-loss of the spiral CF@Ni@CNT fibers. Results show that the comprehensive properties of spiral CF@Ni and CF@Ni@CNT fibers, obtained by combining spiral CFs with magnetic Ni nanoparticles and/or CNTs, are significantly improved. The spiral CF@Ni fibers formed at n = 8.4 mmol exhibit a lower thermal conductivity (TC = 3.64 W/m⋅K) but a wider absorption bandwidth (EAB = 6.4 GHz; 10 wt% load) than CFs. Besides, the spiral CF@Ni@CNT fibers formed at n = 4.2 mmol and V = 2 mL bear a higher TC (4.27 W/m⋅K) and a larger EAB (7.52 GHz/mm) at the same load (10 wt%). The low load could be ascribed to the low percolation threshold of a dual-scale interconnected framework consisting of CFs, CNTs, and Ni0. Additionally, the simultaneous improvement in thermal conduction and microwave absorption of the spiral CF@Ni@CNT fibers is associated with their magnetic-dielectric dual loss, electron-phonon co-transmission, and dual-scale interconnected framework.