近日，英國劍橋大學(xué)一個(gè)團(tuán)隊(duì)使用一種叫作瓜膠(CB)的分子膠將微小的半導(dǎo)體納米晶體(量子點(diǎn))和金納米顆粒結(jié)合起來，制作出一款納米“相機(jī)”。當(dāng)與待研究分子一起加入水中時(shí)，這些成分會(huì)在幾秒鐘內(nèi)自我組裝成一個(gè)穩(wěn)定、強(qiáng)大的工具，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控化學(xué)反應(yīng)。

　　這種相機(jī)在半導(dǎo)體中收集光，誘導(dǎo)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(jìn)行監(jiān)測。他們能夠使用照相機(jī)觀察以前尚未被直接觀測到的化學(xué)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(fù)雜結(jié)構(gòu)的集合。然而，在實(shí)驗(yàn)室中模擬這些過程通常是耗時(shí)、昂貴和依賴于復(fù)雜的程序。該研究通訊作者、劍橋大學(xué)化學(xué)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(xué)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(huì)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(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室、倫敦大學(xué)學(xué)院的合作者開發(fā)的新方法使用了瓜膠—— 一種與半導(dǎo)體量子點(diǎn)和金納米粒子都有強(qiáng)烈相互作用的分子膠。研究人員利用小型半導(dǎo)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(jī)可觀察光催化和跟蹤光誘導(dǎo)的電子轉(zhuǎn)移。

　　為了制作納米相機(jī)，該團(tuán)隊(duì)將單個(gè)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(diǎn)的情況下，當(dāng)金納米粒子與分子膠混合時(shí)，其組分會(huì)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(diǎn)調(diào)節(jié)這些納米結(jié)構(gòu)的組裝，以便半導(dǎo)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(dāng)研究人員將這些成分混合在一起時(shí)，該團(tuán)隊(duì)使用光譜學(xué)實(shí)時(shí)觀察化學(xué)反應(yīng)。利用攝像機(jī)，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(gè)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(shí)驗(yàn)室的研究人員目前正致力于進(jìn)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(shí)時(shí)觀察到電子轉(zhuǎn)移過程。該團(tuán)隊(duì)還在研究碳碳鍵形成的機(jī)制以及用于電池應(yīng)用的電極界面。