Figure 1. Amas de nanotiges hybrides métal-semi-conducteur pouvant favoriser les réactions de réduction photocatalytique à électrons multiples. Le diagramme d'énergie met en évidence les bords de bande de CdSe et le niveau de Fermi d'Au.
Des grappes de nanotiges de CdSe à pointes d'or (Au) ont été synthétisées par des chercheurs du Center for Nanoscale Materials Nanophotonics Group par polymérisation de nanotiges entraînée par le soudage contrôlé des pointes d'Au. Les nanotiges de CdSe à pointe d'Au se sont avérées augmenter considérablement l'efficacité de la séparation des charges et de la collecte des électrons énergétiques dans les nanoparticules d'Au, conduisant à une amélioration exceptionnelle des réactions photocatalytiques de réduction à électrons multiples (MER), même dans des solutions aqueuses aérobies à température ambiante. Les résultats représentent la première utilisation de nanomatériaux hybrides métal-semi-conducteur pour une photocatalyse efficace impliquant des réactions à charges multiples.
La figure 1 montre la nanostructure proposée, constitué de plusieurs nanotiges de CdSe qui sont liées les unes aux autres par une nanoparticule d'Au à leurs extrémités. Les nanotiges CdSe servent d'antennes pour une collecte efficace de photons afin de créer des états à charges séparées énergétiques dans les nanotiges CdSe, tandis que la nanoparticule Au sert de réservoir d'électrons pour collecter les électrons énergétiques générés à partir des états à charges séparées. Sous photoéclairage, des états séparés de charge dans chaque forme de nanotige de CdSe et les électrons énergétiques résultants sont transférés à la nanoparticule d'Au.
Par conséquent, le nombre et la densité d'électrons énergétiques accumulés dans la nanoparticule d'Au sont supérieurs à ceux formés dans la nanotige de CdSe à pointe d'Au individuelle dans le même temps. La synthèse est réalisée par polymérisation des nanotiges de CdSe à pointe unique en tirant parti du soudage spontané des pointes en Au dans des conditions appropriées (voir Figure 2).
Pour évaluer les performances dans les réactions photocatalytiques MER, le bleu de méthylène (MB) a été choisi comme indicateur redox modèle en solution aqueuse. Les molécules de MB ont été réduites photocatalytiquement à l'aide de nanotiges de CdSe à pointe d'Au dans un environnement ambiant (c'est-à-dire, la solution est saturée d'air). Les molécules MB ont été complètement réduites en seulement 1 heure et la cinétique de réaction de premier ordre MER a été déterminée.
Figure 2. Images MET de (a) les nanotiges de CdSe synthétisées, (b) nanotiges de CdSe à pointe d'Au et chaque nanotige avec un seul nanocristal d'Au, et (c) des grappes de nanotiges de CdSe à pointe Au. (d) Images MET agrandies de grappes individuelles de nanotiges de CdSe à pointe Au montrées en (c), mettant en évidence le nombre différent (n) de nanotiges de CdSe dans chaque cluster. Les barres d'échelle dans l'encart de (b) et les cadres de (d) correspondent à 5 et 20 nm, respectivement.
