En forskargrupp vid National Institute for Materials Science har gjort den första observationen av den elektroniska strukturen i silver-rodium (Ag-Rh) legerade nanopartiklar för att undersöka varför legeringen har en väteabsorberande/lagringsegenskap som palladium (Pd) gör, med tanke på att bulk Ag och Rh inte bildar en legering, och att inget av elementen ensamt är en väteabsorberande/lagrande metall. Det förväntas att dessa resultat ytterligare kommer att främja skapandet av nya funktionella material genom sammansmältning av olika element, en teknik som liknas vid dagens alkemi.

I det periodiska systemet för grundämnen, Pd ligger mellan Rh och Ag, två element oförmögna att absorbera/lagra väte. Bulk Ag och Rh kan inte bilda legeringar. Endast när dessa element är anordnade att vara cirka 10 till 20 nanometer stora, de kan bilda legeringar, och Ag _0,5 Rh _0,5 legerade nanopartiklar med ett 1-till-1 Ag-Rh-innehållsförhållande lagrar väte som Pd gör. Dock, det hade varit okänt varför Ag _0,5 Rh _0,5 legerade nanopartiklar hade en sådan oväntad egenskap. Det är kritiskt, när det gäller att få grundläggande kunskaper i materialutveckling, att experimentellt och teoretiskt förstå den elektroniska strukturen hos Ag-Rh legeringsnanopartiklar, som tros vara nära förknippad med den väteabsorberande/lagringsegenskapen.

Forskargruppen undersökte den elektroniska strukturen av valensbandet i Ag-Rh-legeringsnanopartiklar genom att göra mätningar med högupplöst fotoelektronspektroskopi som avger höglysande synkrotronstrålning och genom att utföra teoretiska beräkningar. Det är extremt svårt att undersöka den interna elektroniska strukturen hos partiklarna som är cirka 10 till 20 nanometer i diameter genom att göra mätningar i laboratoriet utrustad med fotoelektronspektroskopi som avger (mjuka) röntgenstrålar med låg energi. Därför, vi använde (hårda) röntgenstrålar vid NIMS:s strållinje inrymd i världens största synkrotronstrålningsanläggning (SPring-8). Dessutom, vi tolkade resultaten av experimentet korrekt baserat på beräknade spektra som är proportionella i tillståndens elektrondensitet. Följaktligen, vi fann att Ag-Rh-legeringsnanopartiklar inte bara är en blandning av Ag och Rh på mikroskopisk nivå, men är en sammanslagning av de två elementen på atomnivå, och att deras elektroniska struktur är nästan identisk med Pd. Det faktum att Ag-Rh-legeringens nanopartiklar absorberar väte verkar vara relaterat till likheten i elektronisk struktur mellan Ag-Rh-legeringen och Pd.

Dessa resultat indikerar att Ag-Rh-legeringsnanopartiklar inte bara kan absorbera/lagra väte på grund av sin elektroniska struktur, men de kan också tjäna som en användbar katalysator. I framtiden, vi planerar att främja gemensam forskning om egenskaper och fysikaliska egenskaper hos materialet. Dessutom, vi har för avsikt att tillhandahålla data om elektroniska strukturer och atomära arrangemang till industrier så att de kan dra nytta av olika nya funktionella material som ska utvecklas förutom Ag-Rh legering nanopartiklar. Vidare, vi kommer att etablera en stiftelse för att bedriva forskning om designbaserade material med hjälp av rätt data (materialinformatik).