La conversion de l'eau en hydrogène est une réaction fondamentale alimentée par la lumière, mais le manque de pilotes artificiels adaptés, ou photocatalyseurs, car cette réaction a entravé son développement commercial. Des nanoparticules semi-conductrices décorées de platine devraient combler cette lacune; cependant, la production de ces minuscules particules nécessite généralement des techniques de dépôt de métal à haute température ou d'irradiation ultraviolette dans des solvants organiques. Lorsqu'il est synthétisé dans l'eau, comme alternative bénigne, les particules ont tendance à former des grumeaux lors du dépôt de métal. Cette agglomération indésirable peut désormais être évitée, grâce à une méthode développée par une équipe de recherche de l'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering à Singapour.

Dirigé par Yinthai Chan, l'équipe a utilisé une fine enveloppe hydrophile de silice pour encapsuler des nanoparticules semi-conductrices individuelles. Selon Chan, cette encapsulation est la principale différence entre la méthode de son équipe et les systèmes en phase aqueuse précédents. Ces systèmes rendent les nanoparticules hydrodispersibles en remplaçant les molécules organiques hydrophobes, qui lient le semi-conducteur tel que synthétisé, avec des composés hydrophiles, ou des ligands. "Notre stratégie est certainement plus robuste que ces approches sans agrégation où la perte de ligand peut avoir lieu facilement lors de changements dans l'environnement du solvant, " dit Chan.

Pour produire les nanostructures métal-semi-conducteur, Chan et ses collègues d'abord enduits ultra-petits, contenant du cadmium, tétrapodes semi-conducteurs en silice en utilisant un procédé d'émulsion à base de tensioactif dans l'eau (voir image). Facilement dispersé et stable dans les milieux aqueux, les structures résultantes présentaient un revêtement de silice multicouche composé d'un dur, « croûte » extérieure étroitement tissée enveloppant une douce, couche intérieure poreuse. En enlevant sélectivement cette couche interne avec un agent de gravure acide, l'équipe a effectivement créé une coquille creuse autour de chaque tétrapode. La réduction par l'eau d'un précurseur du platine, concomitante à sa diffusion à travers la coque poreuse, généré des particules métalliques qui se sont déposées sur les bras des tétrapodes.

Plus important, Chan et son équipe ont découvert que l'encapsulation permettait des réactions d'échange de cations sans précédent qui échangeaient des ions cadmium contre des ions argent ou palladium, produisant de nouveaux tétrapodes platine-semi-conducteurs. "Ces combinaisons métal-semi-conducteur nanostructurées n'étaient pas facilement réalisables par des méthodes établies, et certainement pas via des conditions de réaction aqueuses douces, " note Chan. Une évaluation plus approfondie a révélé la présence d'un film ultramince de sulfure de platine à l'interface métal-semiconducteur. "Ce film unique est responsable de la préservation de la charpente métallique pendant l'échange cationique de la nanostructure semi-conductrice sous-jacente, " il explique.

L'équipe étudie actuellement les propriétés catalytiques de leurs tétrapodes. "Nous pensons que leur stabilité et leurs capacités efficaces de récolte de lumière peuvent offrir un avantage concurrentiel par rapport aux autres nanostructures métal-semi-conducteur en ce qui concerne la photocatalyse, " dit Chan.