基于多金属氧酸盐 (POM) 的纳米混合物有可能为各行各业的可持续性带来重大改变，但对这些物质的研究还处于起步阶段。一组研究人员对该行业的进展和尚未克服的挑战进行了全面审查。

新型纳米级混合材料有潜力提高能源系统、运输、生物传感器、水净化甚至 3D 打印的可持续性，但该领域仍然非常年轻。一组研究人员对基于多金属氧酸盐 (POM) 的纳米混合物的研究现状进行了详细概述，为这一材料科学前沿领域的研究指明了道路。

9 月 30 日， 《Polyoxometalates》杂志发表了一篇详细介绍他们研究结果的综述论文。

近几十年来，出现了一类新型纳米材料，或者更简单地说纳米材料，其中单个单元的尺寸在 1-100 纳米范围内。在这种规模下，材料可以表现出独特且通常增强的物理、化学和生物特性，这些特性不同于更大质量或“块状”材料。例如，纳米级材料可以具有更高的表面积与体积比，这可以增加它们的反应性和催化(启动或加速)化学反应的能力。

也许最著名的纳米材料是石墨烯，但纳米材料可以由多种物质制成，包括金属、半导体、陶瓷和聚合物。最近，研究人员还开发了纳米混合物。这些物质结合了两种或多种不同类型的纳米材料。

研究人员特别感兴趣的是基于多金属氧酸盐(POM)的纳米杂化物，它们在光电化学反应中具有独特的催化特性，这些反应可以利用光发电，或者将水分解成干净的氢气和氧气。这使得 POM 纳米混合物成为广泛应用的有希望的候选者，包括清洁能源转换和存储，以及不依赖于使用肮脏能源的传感器和电子产品。

POM 是类廉价且稳定的无机化合物，由金属离子(通常是过渡金属，如钨或钼)组成，通过氧原子连接在一起形成三维网络。POM 通常是大而复杂的分子，可以具有各种形状和尺寸，并且表现出各种有趣且有用的特性。

“过去几年，POM 纳米杂化物的研究呈爆炸式增长，因此我们认为是时候停下来，对当前的研究状况进行概述，以确定潜在的研究差距和争议，”张广进说，综述论文通讯作者、中科院绿色过程与工程重点实验室化学家。

科学评论论文是科学过程的重要组成部分，旨在总结和批判性评估特定科学领域特定主题的知识现状，评估现有文献的质量和可靠性，并提出未来的研究方向。

该评论的作者在评论中得出结论，POM 如此有吸引力的原因在于它们如何增强所得纳米混合材料的光电化学催化性能。这是因为POM既可以充当电子受体也可以充当电子供体，这使得它们能够促进电荷的转移并提高相关反应的效率。更好的是，POM 本身也可以充当催化剂，进一步增强纳米杂化材料的催化性能。

该评论还解释了基于 POM 的二元和三元纳米杂化材料之间的区别，前者由两种功能性纳米材料组成，后者由三种功能纳米材料组成。二元纳米杂化物结合了POM和金属、POM和半导体、或者POM和纳米碳，而三元纳米杂化物结合了POM、金属和纳米碳。

作者指出，二元纳米杂化物已被广泛研究，并在光催化、燃料电池和生物传感器等各种应用中显示出有希望的结果。同时，三元纳米杂化材料有可能结合三种不同材料的独特性能，从而产生更强大的功能和多功能性。

这两种类型的基于 POM 的纳米杂化物最有前途的研究领域之一来自于它们在光催化中的应用——利用光驱动化学反应。基于POM的纳米杂化材料具有提高光催化反应效率的潜力，在太阳能转换和环境修复等领域具有重要应用。纳米混合物还可以在燃料电池中得到应用，燃料电池是将化学能转化为电能的装置，例如在氢动力运输中。基于 POM 的纳米混合物具有提高燃料电池效率和耐用性的潜力。

另一个与可持续能源无关的领域，基于 POM 的纳米混合物显示出巨大的前景，涉及其在生物传感器中的应用，生物传感器是通过生化反应产生的电信号变化来检测和测量样品中的生物或化学物质的设备。纳米混合物的高表面积和固定生物分子的能力以及其他特性使它们特别适合在此类设备中使用。研究人员已经使用基于 POM 的纳米混合物开发了生物传感器，可以高灵敏度地检测西玛嗪和过氧化氢等物质。这些生物传感器具有广泛的应用潜力，从医疗诊断到环境监测。其他新兴应用包括水净化、半导体和 3D 打印。

该领域研究人员面临的主要挑战之一是，虽然基于 POM 的三元纳米杂化材料可提供更高的性能，但目前研究仍处于起步阶段，对三元纳米杂化材料的特性和行为的了解还较为有限。它们的潜在应用仍在探索中，并且针对特定应用开发和优化三元纳米杂化物可能存在挑战。此外，对于所有类型的 POM 纳米杂化物，POM 分子在杂化物中的溶解度会降低其作为催化剂的性能。它们在导电物质上和内部的不均匀分散仍然是一个长期存在的问题，并且当与金属或金属氧化物结合时，控制颗粒的尺寸和形状很困难。

作者认为，更多地关注对杂种结构与其化学活性之间关系的基本理解应该有助于克服这些障碍以实现更广泛的应用，并呼吁不同学科之间进行更广泛的合作。