En metode er nu tilgængelig til at fremstille ikke-aggregerende halvledende partikler i vand

Omdannelse af vand til brint er en fundamental reaktion drevet af lys, men manglen på egnede kunstige drivere, eller fotokatalysatorer, for denne reaktion har hæmmet dens kommercielle udvikling. Platin-dekorerede halvledernanopartikler forventes at udfylde dette hul; imidlertid, produktion af disse bittesmå partikler kræver typisk højtemperaturmetalaflejring eller ultraviolet bestrålingsteknikker i organiske opløsningsmidler. Når det syntetiseres i vand, som et godartet alternativ, partiklerne har tendens til at danne klumper under metalaflejring. Denne uønskede agglomeration kan nu undgås, takket være en metode udviklet af et forskerhold ved A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore.

Anført af Yinthai Chan, holdet brugte en tynd hydrofil skal af silica til at indkapsle individuelle halvledernanopartikler. Ifølge Chan, denne indkapsling er den vigtigste forskel mellem hans teams metode og tidligere vandfasesystemer. Disse systemer gør nanopartiklerne vanddispergerbare ved at erstatte hydrofobe organiske molekyler, som binder den syntetiserede halvleder, med hydrofile forbindelser, eller ligander. "Vores strategi er bestemt mere robust end de aggregeringsfrie tilgange, hvor ligandtab let kan finde sted ved ændringer i opløsningsmiddelmiljøet, " siger Chan.

For at producere metal-halvleder nanostrukturer, Chan og hans medarbejdere lagde først ultralille, cadmiumholdige, halvledende tetrapoder i silica ved anvendelse af en overfladeaktivt stof-baseret emulsionsprocedure i vand (se billede). Let dispergeret og stabilt i vandige medier, de resulterende strukturer viste en flerlags silicabelægning, der bestod af en hård, tætvævet ydre 'skorpe', der omslutter en blød, porøst indre lag. Ved selektivt at fjerne dette indre lag med et surt ætsemiddel, holdet skabte effektivt en hul skal omkring hver tetrapod. Den vandmedierede reduktion af en platinprækursor, samtidig med dets diffusion over den porøse skal, dannede metalpartikler, der satte sig på tetrapodarmene.

Vigtigere, Chan og hans team opdagede, at indkapslingen muliggjorde hidtil usete kationbytterreaktioner, som byttede cadmiumioner ud med sølv- eller palladiumioner, giver nye platin-halvleder-tetrapoder. "Disse nanostrukturerede metal-halvleder-kombinationer var ikke let opnåelige med etablerede metoder, og bestemt ikke via milde vandige reaktionsbetingelser, " bemærker Chan. Yderligere vurdering afslørede tilstedeværelsen af ​​en ultratynd film af platinsulfid ved metal-halvleder-grænsefladen. "Denne unikke film er ansvarlig for at bevare metalrammen under den kationiske udveksling af den underliggende halvleder-nanostruktur, " forklarer han.

Holdet undersøger i øjeblikket de katalytiske egenskaber af deres tetrapoder. "Vi mener, at deres stabilitet og effektive lysindsamlingsevner kan give en konkurrencefordel i forhold til andre metal-halvleder nanostrukturer med hensyn til fotokatalyse, " siger Chan.