Mysteriet om, hvorfor Ag-Rh legering nanopartikler har en egenskab, der ligner Pd

Et forskerhold ved National Institute for Materials Science har foretaget den første observation af den elektroniske struktur i sølv-rhodium (Ag-Rh) legeringsnanopartikler for at undersøge, hvorfor legeringen har en brintabsorberende/lagringsegenskab, som palladium (Pd) gør, i betragtning af at bulk Ag og Rh ikke danner en legering, og at ingen af ​​grundstofferne alene er et hydrogenabsorberende/opbevarende metal. Det forventes, at disse resultater yderligere vil fremme skabelsen af ​​nye funktionelle materialer gennem sammensmeltning af forskellige elementer, en teknik, der sammenlignes med moderne alkymi.

I det periodiske system af grundstoffer, Pd er placeret mellem Rh og Ag, to grundstoffer, der ikke er i stand til at absorbere/lagre brint. Bulk Ag og Rh er ikke i stand til at danne legeringer. Kun når disse elementer er arrangeret til at være omkring 10 til 20 nanometer i størrelse, de er i stand til at danne legeringer, og Ag _0,5 Rh _0,5 legerede nanopartikler med et Ag-Rh indholdsforhold på 1 til 1 lagrer brint som Pd gør. Imidlertid, det havde været uvist, hvorfor Ag _0,5 Rh _0,5 legerede nanopartikler havde sådan en uventet egenskab. Det er kritisk, i forhold til at opnå grundlæggende viden om materialeudvikling, eksperimentelt og teoretisk at forstå den elektroniske struktur af Ag-Rh legering nanopartikler, som menes at være tæt forbundet med den brintabsorberende/lagringsegenskab.

Forskerholdet undersøgte den elektroniske struktur af valensbåndet i Ag-Rh-legeringsnanopartikler ved at tage målinger ved hjælp af højopløsningsfotoelektronspektroskopi, der udsender højstrålende synkrotronstråling og ved at udføre teoretiske beregninger. Det er ekstremt vanskeligt at undersøge den indre elektroniske struktur af partiklerne, der er omkring 10 til 20 nanometer i diameter, ved at tage målinger i laboratoriet udstyret med fotoelektronspektroskopi, der udsender (bløde) røntgenstråler med lav energi. Derfor, vi brugte (hårde) røntgenstråler ved NIMS's strålelinje, der er anbragt i verdens største synkrotronstrålingsanlæg (SPring-8). Ud over, vi fortolkede nøjagtigt resultaterne af eksperimentet baseret på beregnede spektre, som er proportional med elektrontætheden af ​​tilstande. Følgelig, vi fandt ud af, at Ag-Rh legeringsnanopartikler ikke blot er en blanding af Ag og Rh på et mikroskopisk niveau, men er en sammensmeltning af de to elementer på atomniveau, og at deres elektroniske struktur er næsten identisk med Pd. Det faktum, at Ag-Rh legering nanopartikler absorberer brint, ser ud til at være relateret til ligheden i elektronisk struktur mellem Ag-Rh legeringen og Pd.

Disse resultater indikerer, at Ag-Rh legering nanopartikler ikke kun er i stand til at absorbere/lagre brint på grund af deres elektroniske struktur, men de kan også tjene som en nyttig katalysator. I fremtiden, vi planlægger at fremme fælles forskning i materialets egenskaber og fysiske egenskaber. Ud over, vi har til hensigt at levere data om elektroniske strukturer og atomarrangementer til industrier, så de kan drage fordel af forskellige nye funktionelle materialer, der skal udvikles udover Ag-Rh legering nanopartikler. Desuden, vi vil etablere et fundament til at udføre forskning i design-baserede materialer ved hjælp af korrekte data (materiale informatik).