无机纳米材料因其多种纳米效应，具备独特的光电、能源、环境及催化等各项性能而备受关注。然而，随着科学技术的快速发展，单一组分无机纳米材料在满足日益复杂的应用需求方面的局限性也日益明显。从液相到固相，从纳米材料到纳米复合材料，无机纳米材料始终面临三大“拦路虎”：团聚、相分离和性能衰减。传统的物理共混或简单表面修饰等诸多策略难以从根本上解决这一问题。通过在纳米材料表面引入可聚合官能团（如乙烯基、丙烯酸酯基、硅烷基等）不仅能够在液相和固相中实现分子级均匀分散，还能通过共聚反应构建高掺杂、高透明、高稳定的杂化材料体系。纳米材料从传统视角的“填料”和”功能材料”，转化为可聚合的“纳米单体”，实现了尺度跨越。这一策略从高分子科学的核心逻辑出发，让可聚合无机纳米粒子像聚合物单体一样实现聚合，形成以共价键连接的“纳米聚合物”网络。

  为此，济南大学/中科院理化所谢政教授、关瑞芳教授、马庆宇教授与山东大学于伟泳教授和周传健教授合作，在国际权威综述《Advances in Colloid and Interface Science》（IF: 19.5）上发表了题为“Interfacial Functionalization Strategies for Constructing Polymerizable Nanomaterials and Their Polymerized Nanohybrid Systems’’的长篇综述。该综述系统总结了可聚合无机纳米材料的功能化策略及其聚合的纳米杂化材料体系，为高性能有机-无机杂化材料的设计与制备提供了系统的理论指导和技术平台。论文第一作者为济南大学材料科学与工程学院博士研究生张文婧和中科院理化所硕士研究生冯迢。

图1 可聚合纳米材料及其聚合杂化材料的历史发展及类型。图中展示了代表性的可聚合纳米材料及其聚合杂化材料，包括：金属簇、量子点、氧化石墨烯、金属离子、碳点、石墨烯量子点、金纳米棒、六方氮化硼纳米片、锑烯纳米片和多面体低聚倍半硅氧烷等杂化材料。

  如图1所示，综述涵盖了零维（金属纳米材料、氧化物、量子点、碳点）、一维（金纳米棒、碳纳米管、氮化硼纳米管）和二维（石墨烯、氮化硼、锑烯）可聚合纳米材料的最新研究进展。

图2 可聚合纳米材料及其聚合纳米杂化物的代表性结构与优势。

  经典的聚合反应通常发生在有机小分子和低聚物等有机分子之间。经可聚合官能团修饰后的可聚合纳米材料之间可以进行自聚合，可聚合纳米材料与有机单体之间可以进行共聚合，均可进行聚合反应，实现从纳米单体到纳米聚合物的维度升级。本综述总结了可聚合无机纳米材料及其聚合杂化体系的优势如下（图2）：

  (1) 通过可聚合官能团修饰，可以改善纳米材料在液体基质中的溶解性和分散性。在纳米材料上引入可聚合的有机基团，可聚合纳米材料的分散性和溶解性得到显著增强。例如，硅烷功能化的碳点可与水及多种有机溶剂（除少数弱极性溶剂外）互溶。硅烷功能化的二维材料也表现出更高的互溶性和长期稳定性。硅烷功能化的锑烯二维纳米片在溶液中可静置一个月而不发生沉降。

  (2) 可聚合纳米材料及其聚合杂化材料可进一步与其他纳米材料、有机材料、无机材料及聚合物材料结合，形成新型杂化材料。如图3所示，硅烷功能化碳点的碳点本身、有机功能基团和硅烷基团三个半族都可以继续进行功能化反应，例如：硅烷功能化碳点与二氧化硅及金纳米棒可形成典型的核壳结构单元，作为动脉粥样硬化检测的有前景的诊断工具。硅烷功能化碳点表面的三异氰酸酯基和甲氧基硅基团使其易于交联成三维网络气凝胶，显著增强力学强度。

图3 硅烷功能化碳点及其潜在功能与应用的示意图。

  (3) 纳米聚合杂化材料在物理和化学稳定性方面均实现了优异的环境稳定性。当无机碳点和金属簇的掺杂含量分别达到极限100 wt%或50 wt%时，所得杂化材料即使经过数年也同样能保持完全的光学透明和初始性能。这归因于碳点和金属簇已成功通过共价键固定在聚合基团得到的聚合物交联骨架中，从而防止了团聚和相分离。

  (4) 在共聚基质中使用可聚合纳米材料，能够制备具有可调性能和高纳米材料浓度的聚合杂化材料，同时防止纳米材料的迁移、团聚或相分离。利用硅烷功能化碳点，在凝胶玻璃中实现了从0%到100%的任意掺杂。除共聚外，硅烷功能化碳点还可以任意浓度与环氧树脂等含氧高分子共混。通过与环氧树脂形成互穿网络结构，硅烷功能化碳点聚合物的性能可通过改变浓度进一步调控。除此之外，客体材料如氮化硼纳米片（提高50倍）和金纳米材料（提高100倍）中也可以实现高浓度掺杂。此外，杂化材料中金属簇的浓度最高可达50 wt%。凝胶玻璃中硅烷功能化石墨烯和硅烷功能化锑烯的浓度可分别在0–0.15 wt% 和0–2wt%范围内任意调节。

图4 (a) 不同硅烷功能化碳点的合成路线及其共聚的有机凝胶玻璃（左），以及用于功能化的代表性硅烷偶联剂的化学结构（右）。(b) 硅烷功能化碳点任意浓度乙醇溶液的日光(上图)和紫外光(下图)下的照片。(c) 硅烷功能化碳点在凝胶玻璃中任意浓度掺杂的照片。(d) 多种硅烷功能化碳点-凝胶纳米杂化固体结构的照片（上图：可见光下，下图：紫外光下）。(e) 气凝胶块体中任意浓度掺杂硅烷功能化碳点的照片（日光和紫外激发下）。

  (5) 可聚合纳米材料及其聚合杂化材料的性能保持甚至提升。凝胶玻璃中的硅烷功能化碳点的荧光量子产率由于聚合作用从47%显著提高至88%，如图4所示。这可归因于以下因素：(i) 硅烷基团的预功能化促进了硅烷功能化碳点与凝胶玻璃基质的键合，从而增强了发光性能。(ii) 碳点在基质中分子级别的分散性防止了硅烷功能化碳点的团聚。(iii) 在凝胶玻璃基质中的共价键合固定了碳点，防止其迁移和团聚，从而提高了发光性能。(iv) 凝胶玻璃基质为硅烷功能化碳点提供了保护环境，使其免受外部猝灭剂的影响。

  如图5所示，综述将可聚合官能团的界面修饰方法归纳为三类：后功能化、原位功能化和预功能化，并首次系统对比了三种策略的适用范围、键合类型、掺杂控制能力和性能表现。

图5 可聚合基团界面修饰的三种功能化机制示意图。该过程涉及三种功能化策略（预功能化、原位功能化和后功能化），将前驱体转化为可聚合纳米材料，随后与聚合物/低聚物结合，形成聚合纳米杂化材料。

  在可聚合纳米材料这一新兴交叉领域，研究成果分散于不同材料体系和应用方向。本综述系统梳理了从功能化策略、共聚机制到性能应用的完整链条。综述总结了可聚合纳米材料及其杂化材料在多个前沿领域的广泛应用，并展望未来的应用潜力。目前，对不同可聚合基团与纳米材料和基质之间反应活性、反应动力学认识尚不充分。未来需结合计算化学与机器学习，建立反应活性、官能团结构与材料性能之间的定量构效关系，实现界面反应的精准设计与可控合成。现有研究多集中于材料制备与基础表征，对特定应用场景下“结构-性能-应用”关联机制的理解有待深化。未来应更聚焦于光电子、传感与生物医学、功能涂层及复合材料等领域的实际需求，开发更多可满足应用要求的杂化材料体系。

  原文信息：

  Wenjing Zhang^#, Tiao Feng^#, Yunfeng Wang, Xuezhe Dong, Dengxu Wang, Fanghao Wang, Dan Ai, Haizhen Li, Xugui Lv, Qingyu Ma*, Ruifang Guan*, Chuanjian Zhou*, William W. Yu, Zheng Xie*, Interfacial Functionalization Strategies for Constructing Polymerizable Nanomaterials and Their Polymerized Nanohybrid Systems, Advances in Colloid and Interface Science, 2026, 354: 103899.

  https://doi.org/10.1016/j.cis.2026.103899