Quantum dots zijn kleine halfgeleiderkristallen die heldere en afstembare fluorescentie uitstralen. Ze zijn meestal gemaakt van cadmiumsulfide (CdS) of cadmiumselenide (CdSe), en hebben een breed scala aan toepassingen, inclusief bio-imaging en zonnecellen. Onlangs, scheikundigen hebben geprobeerd nieuwe mogelijkheden aan kwantumstippen toe te voegen door ze te versmelten met metaalatomen, het creëren van ‘heterogestructureerde’ nanokristallen. Echter, het binden van metaalkationen aan een halfgeleider vereist vaak sterke reductiemiddelen - elektronendonerende chemische reagentia die de nanostructuur van de kwantumdot kunnen schaden.

Yinthai Chan en medewerkers van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering en de National University of Singapore hebben nu een techniek ontwikkeld die het deponeren van metalen op halfgeleidernanodeeltjes eenvoudiger dan ooit maakt. Door ultraviolet licht te gebruiken om speciale 'nanorods' met gouden punt te activeren, de onderzoekers hebben met succes katalytische palladium- en magnetische ijzeratomen in heterogestructureerde nanokristallen ingebouwd met behulp van milde reductiemiddelen, de weg vrijmaken voor een breed scala aan nieuwe quantum-dot-toepassingen.

De nanostaafjes bevatten een ‘zaad’-deeltje, een bolvormige CdSe-kwantumstip, omgeven door een cilindrische schil van CdS-moleculen, tientallen nanometers lang. Onder de juiste omstandigheden, de onderzoekers ontdekten dat de uiteinden van deze nanostaafjes fungeren als nucleatiepunten voor metaalgroei. Gouden kationen, bijvoorbeeld, spontaan afgezet op een of beide uiteinden van de CdS-staven omdat ze gemakkelijk konden worden omgezet in kristallijne atomen met behulp van een mild reductiemiddel. Minder reactieve metaalkationen zoals palladium en ijzer, echter, zou niet kiemen op de kale of goudgetipte nanostaafjes met het gebruik van milde reagentia.

Chan en zijn collega's realiseerden zich dat een manier om dit probleem te omzeilen was om de gevoeligheid van de halfgeleider voor licht te benutten. Blootstelling van dit materiaal aan ultraviolette straling produceert een fotogegenereerd elektron en een positief 'gat' in de nanostaaf. Normaal gesproken, deze deeltjes recombineren binnen een fractie van een seconde, maar de onderzoekers geloofden dat in de aanwezigheid van een gatenopruimend molecuul zoals ethanol, elektronen zouden naar de gouden punt kunnen migreren en de reductiemogelijkheden ervan verbeteren. Experimenten toonden aan dat deze hypothese correct was:de foto-aangedreven gouden tips reageerden met palladiumkationen om een ​​verrassende gelegeerde nanostructuur te geven, terwijl ijzerkationen zich aan de nanostaaf bonden met een kern-schaalorganisatie (zie afbeelding).

"Deze studie toont aan dat de door licht geactiveerde overdracht van een elektron van een halfgeleider naar een gouden punt afzetting van metalen mogelijk maakt die normaal niet gemakkelijk zouden worden verminderd onder milde omstandigheden, ', zegt Chan. De onderzoekers onderzoeken momenteel hoe combinaties van metalen tips en verschillende halfgeleiders de efficiëntie van andere foto-geïnduceerde katalytische processen kunnen beïnvloeden.