Forskare från Kyoto University har upptäckt ett sätt att ersätta ytjoner av kopparoxidnanokristaller vid omgivande förhållanden - en bedrift som kommer att göra nanocage-produktionen avsevärt enklare.

Joniska halvledarnanokagar kan användas som fotoelektriska omvandlingsmaterial som de som används i solpaneler. Som en bur i bokstavlig mening, nanocages kan också kapsla in läkemedel och enzymer, lovande ytterligare utveckling för riktad läkemedelsleverans.

Den nya metoden som utvecklats av Hsin-Lun Wu och kollegor vid Kyoto-universitetet utnyttjar redan existerande kristall-"formar" för att få kopparoxid-nanokristaller att förvandlas till ihåliga kopparsulfid-nanokage genom anjonbyte, och slutligen till kadmiumsulfid och zinksulfid nanocages.

Nanocages förekommer i flera kristallsystem beroende på deras former, inklusive kubiska och hexagonala system. Tidigare, för att härleda hexagonala zinksulfid-nanocages, det var nödvändigt att applicera hög värme upp till cirka 1000 grader celcius på zinksulfidnanohus med kubiskt system.

Med Kyoto-teamets metod, allt som krävs är att exponera hexaedriska eller dodekaedriska nanokristaller av kopparoxid för natriumsulfid; med denna process, anjoner på ytan byts ut, omvandlar nanokristallens yta till kopparsulfid. Dessutom, kopparoxiden på insidan löses upp så att det skapas en ihålig nanocage. När dessa kopparsulfid-nanocages utsätts för kadmiumnitrat eller zinknitrat, koppar-katjonerna ersätts för att ge kadmiumsulfid-nanocages och zinksulfid-nanocages, respektive.

Författarna skriver att sådana kemiska omvandlingar kan "övervinna svårigheterna i samband med att kontrollera storleken, form, kemisk sammansättning, och kristallstruktur."

"Vi förväntade oss aldrig att detta skulle kunna göras i ett så enkelt steg, " säger Toshiharu Teranishi, en senior författare av studien.

Teamet hoppas kunna testa denna metod på nanokristaller med olika jonisk makeup. "Joniska nanokristaller finns i så många smaker, ", sa Teranishi. "Vi jobbar på att ta reda på om detta skulle kunna användas som en allmän metod för inte bara kopparoxidnanokristaller, men för andra joniska nanokristaller också."