使用分子膠制成的納米相機(jī)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)

研究人員制造了一個(gè)微型相機(jī)，用“分子膠”固定在一起，使他們能夠?qū)崟r(shí)觀察化學(xué)反應(yīng)。

該設(shè)備由劍橋大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)制造，使用稱為葫蘆脲 (CB) 的分子膠將稱為量子點(diǎn)的微小半導(dǎo)體納米晶體和金納米粒子結(jié)合在一起。當(dāng)將要研究的分子添加到水中時(shí)，這些成分會(huì)在幾秒鐘內(nèi)自組裝成一個(gè)穩(wěn)定、強(qiáng)大的工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)化學(xué)反應(yīng)。

相機(jī)在半導(dǎo)體內(nèi)收集光，誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，如光合作用中發(fā)生的那些，可以使用結(jié)合的金納米顆粒傳感器和光譜技術(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。他們能夠使用相機(jī)觀察先前理論化但未直接觀察到的化學(xué)物種。

該平臺(tái)可用于研究各種潛在應(yīng)用的廣泛分子，例如改進(jìn)光催化和可再生能源光伏。該結(jié)果公布在雜志自然納米技術(shù)。

大自然通過(guò)自限過(guò)程在分子尺度上控制復(fù)雜結(jié)構(gòu)的組裝。然而，在實(shí)驗(yàn)室中模擬這些過(guò)程通常既耗時(shí)又昂貴，并且依賴于復(fù)雜的程序。

“為了開(kāi)發(fā)具有卓越性能的新材料，我們經(jīng)常將不同的化學(xué)物種結(jié)合在一起，以得到一種具有我們想要的特性的混合材料，”領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的劍橋大學(xué) Yusuf Hamied 化學(xué)系的 Oren Scherman 教授說(shuō)。“但是制造這些混合納米結(jié)構(gòu)很困難，而且你經(jīng)常會(huì)得到不受控制的生長(zhǎng)或不穩(wěn)定的材料。”

Scherman 和他的劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室和倫敦大學(xué)學(xué)院的同事開(kāi)發(fā)的新方法使用葫蘆脲——一種與半導(dǎo)體量子點(diǎn)和金納米粒子強(qiáng)烈相互作用的分子膠。研究人員使用小型半導(dǎo)體納米晶體通過(guò)他們創(chuàng)造的界面自限聚集過(guò)程來(lái)控制較大納米粒子的組裝。該過(guò)程導(dǎo)致產(chǎn)生與光相互作用的可滲透且穩(wěn)定的混合材料。該相機(jī)用于觀察光催化和跟蹤光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移。

“考慮到這種新工具的組裝非常簡(jiǎn)單，我們對(duì)它的強(qiáng)大感到驚訝，”第一作者、化學(xué)系的 Kamil Soko?owski 博士說(shuō)。

為了制造他們的納米相機(jī)，該團(tuán)隊(duì)在室溫下將各個(gè)組件以及他們想要觀察的分子添加到水中。以前，當(dāng)金納米粒子在沒(méi)有量子點(diǎn)的情況下與分子膠混合時(shí)，這些成分會(huì)發(fā)生無(wú)限聚集并從溶液中脫落。然而，根據(jù)研究人員開(kāi)發(fā)的策略，量子點(diǎn)介導(dǎo)了這些納米結(jié)構(gòu)的組裝，從而使半導(dǎo)體-金屬混合物控制并限制了它們自身的尺寸和形狀。此外，這些結(jié)構(gòu)可以保持穩(wěn)定數(shù)周。

“這種自限性是令人驚訝的，這不是我們期望看到的，”共同作者，同樣來(lái)自化學(xué)系的 Jade McCune 博士說(shuō)。“我們發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)添加另一種納米顆粒成分來(lái)控制一種納米顆粒成分的聚集。”

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