近日，英國劍橋大學一個團隊使用一種叫作瓜膠(CB)的分子膠將微小的半導體納米晶體(量子點)和金納米顆粒結(jié)合起來，制作出一款納米“相機”。當與待研究分子一起加入水中時，這些成分會在幾秒鐘內(nèi)自我組裝成一個穩(wěn)定、強大的工具，可以實時監(jiān)控化學反應(yīng)。

　　這種相機在半導體中收集光，誘導像光合作用中發(fā)生的電子轉(zhuǎn)移過程，這可以用金納米粒子傳感器和光譜技術(shù)進行監(jiān)測。他們能夠使用照相機觀察以前尚未被直接觀測到的化學物種。該平臺可用于研究各種潛在應(yīng)用的廣泛分子，如改善光催化和光伏可再生能源。研究結(jié)果發(fā)表于《自然—納米技術(shù)》。

　　在分子尺度上，大自然通過自我限制的過程控制著復雜結(jié)構(gòu)的集合。然而，在實驗室中模擬這些過程通常是耗時、昂貴和依賴于復雜的程序。該研究通訊作者、劍橋大學化學系教授Oren Scherman說：“為了開發(fā)具有更好性能的新材料，我們經(jīng)常將不同的化學物質(zhì)組合在一起，得到想要的具有性能的混合材料。但制造這些混合納米結(jié)構(gòu)是困難的，最終往往會出現(xiàn)不受控制的生長或不穩(wěn)定的材料?！?/p>

　　Scherman和來自劍橋大學卡文迪什實驗室、倫敦大學學院的合作者開發(fā)的新方法使用了瓜膠—— 一種與半導體量子點和金納米粒子都有強烈相互作用的分子膠。研究人員利用小型半導體納米晶體來控制較大納米粒子的組裝，他們創(chuàng)造了界面自限制聚集的過程，使可滲透、穩(wěn)定的混合材料與光相互作用。用攝像機可觀察光催化和跟蹤光誘導的電子轉(zhuǎn)移。

　　為了制作納米相機，該團隊將單個組件和他們想要觀察的分子添加到室溫下的水中。以前，在沒有量子點的情況下，當金納米粒子與分子膠混合時，其組分會無限聚集并從溶液中脫落。然而，根據(jù)研究人員開發(fā)的策略，量子點調(diào)節(jié)這些納米結(jié)構(gòu)的組裝，以便半導體-金屬混合材料控制和限制自己的大小和形狀。此外，這些結(jié)構(gòu)能保持穩(wěn)定數(shù)周。

　　當研究人員將這些成分混合在一起時，該團隊使用光譜學實時觀察化學反應(yīng)。利用攝像機，他們能夠觀察自由基種類的形成(一種帶有未配對電子的分子)以及它們組合的產(chǎn)物，如其中兩個自由基形成可逆的碳碳鍵。后一種物種曾被理論化，但從未被觀察到。

　　Scherman實驗室的研究人員目前正致力于進一步開發(fā)這些雜交植物，使其朝著人工光合系統(tǒng)和(光合成)催化方向發(fā)展。在這些系統(tǒng)中可以直接實時觀察到電子轉(zhuǎn)移過程。該團隊還在研究碳碳鍵形成的機制以及用于電池應(yīng)用的電極界面。