La conversione dell'acqua in idrogeno è una reazione fondamentale alimentata dalla luce, ma la mancanza di driver artificiali adeguati, o fotocatalizzatori, per questa reazione ha ostacolato il suo sviluppo commerciale. Ci si aspetta che le nanoparticelle di semiconduttori decorate con platino colmino questa lacuna; però, la produzione di queste minuscole particelle richiede tipicamente la deposizione di metalli ad alta temperatura o tecniche di irradiazione ultravioletta in solventi organici. Quando sintetizzato in acqua, come alternativa benigna, le particelle tendono a formare grumi durante la deposizione del metallo. Questo agglomerato indesiderato può ora essere evitato, grazie a un metodo sviluppato da un team di ricerca dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering di Singapore.

Guidato da Yinthai Chan, il team ha utilizzato un sottile guscio idrofilo di silice per incapsulare singole nanoparticelle di semiconduttori. Secondo Chan, questo incapsulamento è la differenza chiave tra il metodo del suo team e i precedenti sistemi in fase acquosa. Questi sistemi rendono le nanoparticelle disperdibili in acqua sostituendo molecole organiche idrofobe, che legano il semiconduttore come sintetizzato, con composti idrofili, o ligandi. "La nostra strategia è certamente più solida di quegli approcci privi di aggregazione in cui la perdita di ligandi può avvenire facilmente al variare dell'ambiente del solvente, " dice Chan.

Per produrre le nanostrutture metallo-semiconduttore, Chan e i suoi collaboratori hanno prima rivestito ultra-piccolo, contenenti cadmio, tetrapodi semiconduttori in silice utilizzando una procedura di emulsione a base di tensioattivi in ​​acqua (vedi immagine). Facilmente disperso e stabile in mezzi acquosi, le strutture risultanti mostravano un rivestimento di silice multistrato che consisteva in un duro, 'crosta' esterna a trama fitta che avvolge un morbido, strato interno poroso. Rimuovendo selettivamente questo strato interno con un agente di attacco acido, il team ha effettivamente creato un guscio cavo attorno a ciascun tetrapode. La riduzione mediata dall'acqua di un precursore del platino, concomitante con la sua diffusione attraverso il guscio poroso, generarono particelle metalliche che si depositarono sui bracci dei tetrapodi.

Ma ancora più importante, Chan e il suo team hanno scoperto che l'incapsulamento ha consentito reazioni di scambio cationico senza precedenti che scambiavano ioni cadmio con ioni argento o palladio, producendo nuovi tetrapodi semiconduttori di platino. "Quelle combinazioni nanostrutturate metallo-semiconduttore non erano facilmente ottenibili con metodi consolidati, e certamente non attraverso blande condizioni di reazione acquosa, " osserva Chan. Un'ulteriore valutazione ha rivelato la presenza di un film ultrasottile di solfuro di platino all'interfaccia metallo-semiconduttore. "Questo film unico è responsabile della conservazione della struttura metallica durante lo scambio cationico della sottostante nanostruttura del semiconduttore, " lui spiega.

Il team sta attualmente studiando le proprietà catalitiche dei loro tetrapodi. "Riteniamo che la loro stabilità e le loro efficienti capacità di raccolta della luce possano offrire un vantaggio competitivo rispetto ad altre nanostrutture metallo-semiconduttore rispetto alla fotocatalisi, "dice Chan.