多金属氧酸盐簇基材料的本征电荷载体行为及其应用

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多金属氧酸盐（POMs）是一类由过渡金属和氧原子桥连而成的金属氧簇材料，具有独特的几何结构、自组装行为和可调控的氧化还原性能，进而表现出与传统过渡金属氧化物截然不同的物理化学性质。POMs材料的本征电荷载流子行为是其在诸多领域中应用的特性基础。这种特性表现为两个层面：首先，POMs是一种聚阴离子团簇，其自身即为负电荷载体。其次，POMs聚阴离子结构中的过渡金属中心在光/热/电等外场作用下能够进行可逆的氧化还原，因此电子和阳离子可作为载流子进行电荷转移以平衡过渡金属中心的价态变化。

近日，厦门大学化学化工学院陈嘉嘉教授（点击查看介绍）和董全峰教授（点击查看介绍）团队共同撰写了题为“The Intrinsic Charge Carrier Behaviors and Applications of Polyoxometalate Clusters Based Materials”的综述论文，着重关注POMs材料的电荷载流子行为，系统地总结了POMs作为电荷载体在新型电子器件、光/热能驱动的能源转化系统、氢能制取与存储以及电化学储能体系中的独特应用，最后强调了自组装策略在实现POMs材料功能化的重要意义及其所面临的关键问题，并对未来的研究方向进行展望。

图1. POMs材料的本征电荷载流子行为及相关应用概述

图2. 冷冻电镜技术观测POMs团簇材料的自组装过程

POMs簇合物的研究已经进入一个新的时代，不再仅限于传统简单的合成与结构表征。虽然POMs材料已在功能材料多级自组装、催化、电子器件和能源电化学等领域展现出独特的应用，但POMs的本征电荷及载流子行为的内涵仍有待进一步理解和深挖。冷冻电镜等先进原位表征技术，能够实时观察POMs的自组装过程，对POMs团簇的自组装行为机制的充分理解具有重要意义，有望实现POMs材料精准结构设计与合成，在分子/原子尺度上调节POMs材料的荷/电耦合行为，从而满足相关应用的需求。

这一成果近期发表于Advanced Materials 上，文章的第一作者是厦门大学化学化工学院博士后杨乐和雷杰。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

The Intrinsic Charge Carrier Behaviors and Applications of Polyoxometalate Clusters Based Materials

Le Yang, Jie Lei, Jing-Min Fan, Ru-Ming Yuan, Ming-Sen Zheng, Jia-Jia Chen,* and Quan-Feng Dong*

Adv. Mater., 2021, DOI: 10.1002/adma.202005019

陈嘉嘉教授简介

厦门大学教授，博士生导师，中组部海外高层次青年人才、福建省境外引进人才、厦门市高层次留学人才、厦门大学南强青年拔尖A类人才。主要研究领域为功能材料在电化学反应及电化学自组装过程中离子/电子耦合、传输行为的理解和调控等，并致力应用于电子器件、氢能储存和输运、燃料电池、全固态电池等方向。迄今在Nature Chemistry，Chem，Advanced Materials等学术期刊发表论文30余篇，获中国授权发明专利1项、英国和国际PCT发明专利各1项。主持国家自然科学基金面上项目1 项及其它科研项目2项，以骨干成员参与军委科技委基础加强重点项目1项。

https://www.x-mol.com/university/faculty/64077 

董全峰教授简介

厦门大学特聘教授，博士生导师，军委科技委基础加强计划项目首席科学家、装备发展部高分重大专项专家组成员、中国电池工业协会常务理事。长期从事电化学储能系统及关键储能材料研究，主持军工项目、国家“973”计划课题、国家“863”计划项目、国家自然科学基金重点项目、省重点项目、厦门市重大专项等项目的研究。在国际重要期刊包括Nature Commun.、JACS、Energy Environ. Sci.、ACS Nano、Adv. Energy Mater.等上发表SCI收录论文150余篇，获得国家发明专利30余件。曾获全国信息产业科技创新先进个人、全国电池行业首批技术专家、福建省科技进步奖等、厦门市科技进步奖等。

https://www.x-mol.com/university/faculty/14064 

科研思路分析

Q：这篇综述的科研思路是什么？

A：多金属氧酸盐材料（POMs）在诸多领域的相关应用与其固有的电荷载流子行为息息相关，但目前POMs的本征电荷及载流子行为内涵仍有待进一步理解和深挖。本文通过汇总和分析近年来的相关文献为多金属氧酸盐材料的发展状况做一个阶段性的总结，指出相关应用领域所面临的主要挑战，并展望POMs材料的未来研究方向。

Q：该综述论文主旨是什么？

A：本文旨在总结近期关于POMs材料的电荷载流子行为及相关应用的研究进展，明确指出POMs材料电荷载流子行为的基础研究仍处于研究初期，激励相关研究领域的科学家对其更深层次的基础性研究，并为复杂功能性POMs材料的开发提供指导性建议。