De omzetting van water in waterstof is een fundamentele reactie die wordt aangedreven door licht, maar het gebrek aan geschikte kunstmatige drijfveren, of fotokatalysatoren, want deze reactie heeft de commerciële ontwikkeling ervan belemmerd. Verwacht wordt dat met platina versierde halfgeleider-nanodeeltjes deze leemte zullen opvullen; echter, de productie van deze kleine deeltjes vereist typisch hoge temperatuur metaalafzetting of ultraviolette bestralingstechnieken in organische oplosmiddelen. Wanneer gesynthetiseerd in water, als een goedaardig alternatief, de deeltjes hebben de neiging om klonten te vormen tijdens metaalafzetting. Deze ongewenste agglomeratie kan nu worden vermeden, dankzij een methode die is ontwikkeld door een onderzoeksteam van het A*STAR Institute of Materials Research and Engineering in Singapore.

Onder leiding van Yinthai Chan, het team gebruikte een dunne hydrofiele schil van silica om individuele halfgeleider nanodeeltjes in te kapselen. Volgens Chan, deze inkapseling is het belangrijkste verschil tussen de methode van zijn team en eerdere waterfasesystemen. Deze systemen maken de nanodeeltjes in water dispergeerbaar door hydrofobe organische moleculen te vervangen, die de as-gesynthetiseerde halfgeleider binden, met hydrofiele verbindingen, of liganden. "Onze strategie is zeker robuuster dan die aggregatievrije benaderingen waarbij ligandverlies gemakkelijk kan plaatsvinden bij veranderingen in de oplosmiddelomgeving, "zegt Chan.

Om de metaal-halfgeleider nanostructuren te produceren, Chan en zijn collega's hebben eerst ultrakleine, cadmiumhoudend, halfgeleidende tetrapoden in silica met behulp van een op oppervlakteactieve stof gebaseerde emulsieprocedure in water (zie afbeelding). Gemakkelijk verspreid en stabiel in waterige media, de resulterende structuren vertoonden een meerlaagse silicacoating die bestond uit een harde, strak geweven buitenste 'korst' die een zachte, poreuze binnenlaag. Door deze binnenlaag selectief te verwijderen met een zuur etsmiddel, het team creëerde effectief een holle schaal rond elke tetrapod. De door water gemedieerde reductie van een platina-precursor, gelijktijdig met zijn diffusie over de poreuze schaal, genereerde metaaldeeltjes die zich op de tetrapod-armen vestigden.

Belangrijker, Chan en zijn team ontdekten dat de inkapseling ongekende kationenuitwisselingsreacties mogelijk maakte die cadmiumionen verwisselden voor zilver- of palladiumionen. waardoor nieuwe platina-halfgeleider-tetrapoden ontstaan. "Die nanogestructureerde metaal-halfgeleidercombinaties waren niet gemakkelijk haalbaar met gevestigde methoden, en zeker niet via milde waterige reactieomstandigheden, Chan merkt op. Verdere beoordeling onthulde de aanwezigheid van een ultradunne film van platinasulfide op de metaal-halfgeleiderinterface. "Deze unieke film is verantwoordelijk voor het behoud van het metalen raamwerk tijdens de kationische uitwisseling van de onderliggende halfgeleider-nanostructuur, " hij legt uit.

Het team onderzoekt momenteel de katalytische eigenschappen van hun tetrapoden. "Wij zijn van mening dat hun stabiliteit en efficiënte lichtoogstcapaciteiten een concurrentievoordeel kunnen opleveren ten opzichte van andere metaal-halfgeleider nanostructuren met betrekking tot fotokatalyse, " zegt Chan.