Omvandling av vatten till väte är en grundläggande reaktion som drivs av ljus, men bristen på lämpliga konstgjorda förare, eller fotokatalysatorer, för denna reaktion har försvårat dess kommersiella utveckling. Platinum-dekorerade halvledarnanopartiklar förväntas fylla detta gap; dock, produktion av dessa små partiklar kräver vanligtvis högtemperaturmetallavsättning eller ultraviolett strålningsteknik i organiska lösningsmedel. Vid syntetisering i vatten, som ett godartat alternativ, partiklarna tenderar att bilda klumpar under metallavsättning. Denna oönskade tätort kan nu undvikas, tack vare en metod som utvecklats av ett forskargrupp vid A*STAR Institute of Materials Research and Engineering i Singapore.

Under ledning av Yinthai Chan, laget använde ett tunt hydrofilt skal av kiseldioxid för att inkapsla enskilda halvledarnanopartiklar. Enligt Chan, denna inkapsling är den viktigaste skillnaden mellan hans teams metod och tidigare vattenfassystem. Dessa system gör nanopartiklarna vattendispergerbara genom att ersätta hydrofoba organiska molekyler, som binder den asyntetiserade halvledaren, med hydrofila föreningar, eller ligander. "Vår strategi är säkert mer robust än de aggregeringsfria tillvägagångssätten där ligandförlust lätt kan ske vid förändringar i lösningsmedelsmiljön, "Säger Chan.

För att producera metall -halvledar nanostrukturer, Chan och hans medarbetare belagde först ultralåga, kadmiumhaltig, halvledande tetrapoder i kiseldioxid med användning av ett ytaktivt ämnesbaserat emulsionsförfarande i vatten (se bild). Lätt dispergerad och stabil i vattenhaltiga medier, de resulterande strukturerna visade en flerskiktad kiseldioxidbeläggning som bestod av en hård, tätt vävd yttre 'skorpa' som omsluter en mjuk, poröst inre lager. Genom att selektivt ta bort detta inre skikt med ett surt etsmedel, laget skapade effektivt ett ihåligt skal runt varje tetrapod. Den vattenmedierade reduktionen av en platina-prekursor, samtidigt med dess diffusion över det porösa skalet, genererade metallpartiklar som satte sig på tetrapodarmarna.

Mer viktigt, Chan och hans team upptäckte att inkapslingen möjliggjorde oöverträffade katjonbytesreaktioner som bytte kadmiumjoner mot silver- eller palladiumjoner, som ger nya platina -halvledartetrapoder. "Dessa nanostrukturerade metall -halvledarkombinationer var inte lätt att uppnå med etablerade metoder, och absolut inte via milda vattenhaltiga reaktionsförhållanden, "Chan noterar. Ytterligare bedömning avslöjade närvaron av en ultratunn film av platinasulfid vid metall -halvledargränssnittet." Denna unika film är ansvarig för att bevara metallramen under det katjoniska utbytet av den underliggande halvledarnanostrukturen, " han förklarar.

Teamet undersöker för närvarande de katalytiska egenskaperna hos deras tetrapoder. "Vi tror att deras stabilitet och effektiva skördförmåga kan ge en konkurrensfördel jämfört med andra metall-halvledar-nanostrukturer med avseende på fotokatalys, säger Chan.