Nanomaterialer:At finde venner med en gylden spids

Quantum dots er små halvlederkrystaller, der udsender lys og afstembar fluorescens. De er typisk lavet af cadmiumsulfid (CdS) eller cadmiumselenid (CdSe), og har en bred vifte af applikationer, herunder bioimaging og solceller. For nylig, kemikere har søgt at tilføje nye muligheder til kvantepunkter ved at fusionere dem med metalatomer, skabe 'heterostrukturerede' nanokrystaller. Imidlertid, at binde metalkationer til en halvleder kræver ofte stærke reduktionsmidler-elektrondonerende kemiske reagenser, der kan ødelægge kvantepunktets nanostruktur.

Yinthai Chan og kolleger ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering og National University of Singapore har nu udviklet en teknik, der gør deponering af metaller på halvleder-nanopartikler lettere end nogensinde. Ved at bruge ultraviolet lys til at aktivere særlige nanoroder med guldtip, forskerne har med succes inkorporeret katalytiske palladium og magnetiske jernatomer i heterostrukturerede nanokrystaller ved hjælp af milde reduktionsmidler, baner vejen for en bred vifte af nye quantum-dot applikationer.

Nanoroderne indeholder en 'frø' -partikel, en sfærisk CdSe kvantepunkt, omgivet af en cylindrisk skal af CdS -molekyler, titusinde nanometer lange. Under de rigtige betingelser, forskerne fandt ud af, at spidserne af disse nanoroder fungerer som kernepunkter for metalvækst. Guldkationer, for eksempel, deponeres spontant på den ene eller begge ender af CdS -stængerne, fordi de let kan omdannes til krystallinske atomer ved hjælp af et mildt reduktionsmiddel. Mindre reaktive metalkationer som palladium og jern, imidlertid, ville ikke nukleere på hverken de bare eller guldspidsede nanoroder ved brug af milde reagenser.

Chan og hans kolleger indså, at en vej udenom dette problem var at udnytte halvlederens lysfølsomhed. Ved at udsætte dette materiale for ultraviolet stråling produceres en fotogenereret elektron og et positivt 'hul' i nanoroden. Normalt, disse partikler rekombinerer inden for en brøkdel af et sekund, men forskerne mente, at i nærvær af et hul, der fjerner huller som ethanol, elektroner kunne migrere til guldspidsen og forbedre dens reduktive evner. Eksperimenter afslørede, at denne hypotese var korrekt-de fotodrevne guldspidser reagerede med palladiumkationer for at give en overraskende legeret nanostruktur, mens jernkationer er bundet til nanoroden med en core -shell -organisation (se billede).

"Denne undersøgelse viser, at den lysaktiverede overførsel af en elektron fra en halvleder til en guldspids kan tillade aflejring af metaller, der normalt ikke let ville reduceres ved milde forhold, ”Siger Chan. Forskerne undersøger i øjeblikket, hvordan kombinationer af metalspidser og forskellige halvledere kan påvirke effektiviteten af ​​andre fotoinducerede katalytiske processer.