Kvantprickar är små halvledarkristaller som avger ljus och avstämbar fluorescens. De är vanligtvis gjorda av kadmiumsulfid (CdS) eller kadmiumselenid (CdSe), och har ett brett utbud av applikationer, inklusive bioavbildning och solceller. Nyligen, kemister har försökt lägga till nya möjligheter till kvantprickar genom att smälta dem med metallatomer, skapa "heterostrukturerade" nanokristaller. Dock, Att binda metallkatjoner till en halvledare kräver ofta starka reduktionsmedel – elektrondonerande kemiska reagenser som kan förstöra kvantpunktens nanostruktur.

Yinthai Chan och medarbetare vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering och National University of Singapore har nu utvecklat en teknik som gör avsättning av metaller på halvledarnanopartiklar enklare än någonsin. Genom att använda ultraviolett ljus för att aktivera speciella "nanostavar" med guldspets, forskarna har framgångsrikt införlivat katalytiska palladium- och magnetiska järnatomer i heterostrukturerade nanokristaller med hjälp av milda reduktionsmedel, banar väg för ett brett utbud av nya kvantprickapplikationer.

Nanoroderna innehåller en "frö"-partikel, en sfärisk CdSe-kvantprick, omgiven av ett cylindriskt skal av CdS-molekyler, tiotals nanometer lång. Under rätt förutsättningar, forskarna fann att spetsarna på dessa nanorods fungerar som kärnbildningspunkter för metalltillväxt. Guldkatjoner, till exempel, deponeras spontant på en eller båda ändarna av CdS-stavarna eftersom de lätt kunde omvandlas till kristallina atomer med hjälp av ett milt reduktionsmedel. Mindre reaktiva metallkatjoner som palladium och järn, dock, skulle inte bilda kärnor på vare sig de nakna nanoroderna eller guldspetsarna med användning av milda reagenser.

Chan och hans medarbetare insåg att ett sätt att kringgå detta problem var att utnyttja halvledarens känslighet för ljus. Att exponera detta material för ultraviolett strålning producerar en fotogenererad elektron och ett positivt "hål" i nanorod. I vanliga fall, dessa partiklar rekombinerar inom en bråkdel av en sekund, men forskarna trodde att i närvaro av en hålrenande molekyl som etanol, elektroner kan migrera till guldspetsen och förbättra dess reduktionsförmåga. Experiment visade att denna hypotes var korrekt - de fotodrivna guldspetsarna reagerade med palladiumkatjoner för att ge en överraskande legerad nanostruktur, medan järnkatjoner bundna till nanorod med en kärna-skal-organisation (se bild).

"Denna studie visar att den ljusaktiverade överföringen av en elektron från en halvledare till en guldspets kan tillåta avsättning av metaller som vanligtvis inte lätt skulle reduceras under milda förhållanden, säger Chan. Forskarna undersöker för närvarande hur kombinationer av metallspetsar och olika halvledare kan påverka effektiviteten hos andra fotoinducerade katalytiska processer.