Nanodiamanten zijn kleine kristallen van slechts enkele nanometers groot. Hoewel ze de kristallijne structuur van diamanten bezitten, hun eigenschappen verschillen aanzienlijk van die van hun grote broers, omdat hun oppervlakken een dominante rol spelen in vergelijking met hun extreem kleine volumes. Gesuspendeerd in waterige oplossingen, ze zouden kunnen fungeren als taxi's voor werkzame stoffen in biomedische toepassingen, bijvoorbeeld, of worden gebruikt als katalysatoren voor het splitsen van water.

Maar hoe verschillen de elektronische eigenschappen van nanodiamanten die zijn afgezet op een substraat in vaste toestand van die van nanodiamanten in waterige oplossingen?

Dr. Tristan Petit, werkzaam in het HZB-team onder leiding van prof. Emad F. Aziz, heeft dit nu onderzocht met behulp van absorptie- en emissiespectroscopie bij BESSY II. hun resultaten, net gepubliceerd in nanoschaal , aantonen dat nanodiamanten valentiegaten vertonen in waterige oplossingen, die niet worden waargenomen wanneer ze worden gekarakteriseerd als een dunne film.

"De interactie tussen de nanodiamanten en de naburige moleculen en ionen is vooral sterk in water", zeg Petit. De adsorptie van actieve farmaceutische ingrediënten op nanodiamanten kan worden beïnvloed, bijvoorbeeld, door zouten toe te voegen of de pH-waarde te wijzigen. Petit en zijn collega's hebben nu ontdekt dat de elektronische handtekening van oppervlaktetoestanden van nanodiamanten in waterige dispersies aanzienlijk verschilt van die van nanodiamanten op een substraat in vaste toestand.

Met behulp van microstraaltechnologie ontwikkeld door Emad Aziz bij HZB, ze onderzochten vloeibare monsters in vacuüm met behulp van röntgenspectroscopie en ontwikkelden een gedetailleerd beeld van de gevulde en ongevulde elektronentoestanden in valentie- en geleidingsbanden. Hun resultaten laten zien dat gaten, d.w.z. ontbrekende elektronen in de valentieband, gevormd op de oppervlakken van de nanodiamanten in de waterige dispersie. "Dit suggereert dat elektronen aan het oppervlak van nanodiamanten worden gedoneerd aan de omringende watermoleculen", Petit suggereert. De natuurkundigen vermoeden dat ze ook de chemische stof van de nanodeeltjes kunnen beïnvloeden, optisch, en katalytische eigenschappen door veranderingen in hun elektronische structuur. Ze willen in toekomstig onderzoek bepalen of het katalytische effect van nanodiamanten in een waterige omgeving kan worden vergroot om watermoleculen met behulp van licht te splitsen in zuurstof en waterstof.