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Los nanohíbridos basados en polioxometalato (POM) tienen el potencial de revolucionar la sostenibilidad en numerosas industrias, pero la investigación sobre estos materiales aún está en sus primeras etapas. Publicado en un artículo de revisión. polioxometalatos, los autores presentes una evaluación exhaustiva de los avances en este ámbito y de los obstáculos que quedan por delante.
![Revelando los desafíos y perspectivas de los nanohíbridos ternarios basados en POM](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_40486_16986696927109876.jpg)
En las últimas décadas ha surgido una nueva clase de materiales a nanoescala, o simplemente nanomateriales, en los que una sola unidad tiene dimensiones en el rango de 1 a 100 nanómetros. A esta escala, los materiales pueden exhibir propiedades físicas, químicas y biológicas únicas y, a menudo, mejoradas que difieren de las de materiales más grandes o voluminosos.
Por ejemplo, los materiales a nanoescala pueden tener una mayor relación entre superficie y volumen, lo que puede aumentar su reactividad y capacidad para catalizar reacciones químicas.
Podría decirse que el grafeno es el nanomaterial más conocido, pero los nanomateriales pueden fabricarse a partir de una variedad de materiales, incluidos metales, semiconductores, cerámicas y polímeros. Recientemente, los científicos también han creado nanohíbridos, que son compuestos que combinan dos o más tipos diferentes de nanomateriales.
Los científicos quieren hacer que la producción industrial sea más sostenible mediante el uso de nanohíbridos basados en polioxometalato (POM) para que tengan propiedades catalíticas únicas en reacciones fotoelectroquímicas, aquellas que generan electricidad a partir de la luz o dividen el agua en hidrógeno y oxígeno producidos de forma limpia. Esto convierte a los nanohíbridos de POM en candidatos prometedores para una amplia gama de aplicaciones, incluida la conversión y el almacenamiento de energía limpia, así como sensores y electrónica, sin depender del uso de fuentes de energía sucias.
Los POM, o polioxometalatos, representan una amplia categoría de compuestos inorgánicos económicos y resistentes compuestos de iones metálicos, típicamente metales de transición como el tungsteno o el molibdeno. Estos compuestos están conectados entre sí mediante átomos de oxígeno y forman una red tridimensional. Los POM son conocidos por su importante tamaño molecular y complejidad, lo que da como resultado una variedad de formas y dimensiones. Además, tienen una variedad de propiedades fascinantes y prácticas.
La investigación sobre nanohíbridos de POM se ha disparado en los últimos años, por lo que sentimos que era hora de hacer una pausa y brindar una descripción general del estado actual para identificar posibles brechas y controversias en la investigación..
Guangjin Zhang, autor correspondiente, químico, Laboratorio Clave de Ingeniería y Procesos Verdes, Academias de Ciencias de China
Las revisiones científicas juegan un papel crucial en el proceso científico ya que tienen como objetivo condensar y evaluar el estado actual del conocimiento en un área científica específica. Estos artículos evalúan críticamente la calidad y confiabilidad de la literatura existente al tiempo que sugieren posibles vías para futuras investigaciones.
El atractivo de los POM
En su revisión, los autores destacan el atractivo de los POM debido a su capacidad para mejorar las propiedades catalíticas fotoelectroquímicas de los materiales nanohíbridos resultantes. El doble papel de los POM como aceptores y donadores de electrones promueve la transferencia eficiente de carga eléctrica, mejorando así la efectividad de las reacciones asociadas. Además, los POM también pueden servir como catalizadores independientes, mejorando aún más las propiedades catalíticas del material nanohíbrido.
La revisión también aborda la distinción entre nanohíbridos basados en POM binarios y ternarios. Los nanohíbridos binarios constan de dos materiales a nanoescala diferentes, mientras que los nanohíbridos ternarios contienen tres. Las variantes binarias fusionan POM con un metal, POM con un semiconductor o POM con un nanocarbono, mientras que los nanohíbridos ternarios incluyen POM, un metal y un nanocarbono.
Los autores enfatizan que los nanohíbridos binarios han sido ampliamente investigados y han mostrado resultados prometedores en diversas aplicaciones como fotocatálisis, pilas de combustible y biosensores. Por el contrario, los nanohíbridos ternarios tienen el potencial de combinar las diferentes propiedades de tres materiales diferentes, lo que da como resultado una funcionalidad y versatilidad aún mayores.
En un contexto energético sostenible independiente, los nanohíbridos basados en POM muestran un potencial significativo en el campo de los biosensores. Los biosensores son instrumentos que identifican y cuantifican sustancias biológicas o químicas en una muestra mediante la detección de cambios en señales eléctricas resultantes de reacciones bioquímicas.
Estos nanohíbridos se caracterizan por su gran superficie y su capacidad para inmovilizar biomoléculas y son ideales para su uso en este tipo de dispositivos. En particular, los investigadores ya han utilizado nanohíbridos basados en POM para desarrollar biosensores con mayor sensibilidad que pueden detectar sustancias como la simazina y el peróxido de hidrógeno.
Estos biosensores son prometedores para diversas aplicaciones que van desde el diagnóstico médico hasta la monitorización ambiental. Además, las nuevas aplicaciones incluyen el tratamiento de agua, los semiconductores y la impresión 3D.
Futuros retos
Un desafío clave para los investigadores en esta área es el hecho de que, si bien los nanohíbridos ternarios basados en POM prometen mejoras de rendimiento aún mayores, la investigación en esta área sigue creciendo. Por tanto, la comprensión de las propiedades y el comportamiento de los nanohíbridos ternarios es limitada. Explorar sus aplicaciones potenciales es un esfuerzo continuo y pueden surgir desafíos en el desarrollo y optimización de nanohíbridos ternarios para propósitos específicos.
Además, para todos los tipos de nanohíbridos de POM, la solubilidad de las moléculas de POM en estos híbridos puede afectar su rendimiento catalítico. La distribución desigual de POM sobre o dentro de materiales conductores sigue siendo un problema recurrente. Además, controlar el tamaño y la forma de las partículas en combinación con metales u óxidos metálicos sigue siendo una tarea desalentadora.
Los autores creen que un mayor énfasis en establecer una comprensión fundamental de la relación entre la estructura de estos híbridos y su reactividad química es fundamental para superar los obstáculos que obstaculizan aplicaciones más amplias. Abogan por una mayor colaboración entre diferentes disciplinas para abordar eficazmente estos desafíos.
Referencia de la revista:
Zhang, S., et al. (2023). Diseño y síntesis de nuevos nanohíbridos binarios y ternarios basados en polioxometalato para la conversión y almacenamiento de energía. Polioxometalatos. doi.org/10.26599/POM.2023.9140037
Fuente: http://www.tup.tsinghua.edu.cn/en/index.html
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