Een onderzoeksteam van het National Institute for Materials Science heeft de eerste waarneming gedaan van de elektronische structuur in nanodeeltjes van zilver-rhodium (Ag-Rh) legering om te onderzoeken waarom de legering een waterstofabsorberende/opslageigenschap bezit zoals palladium (Pd), aangezien bulk Ag en Rh geen legering vormen, en dat geen van beide elementen alleen een waterstofabsorberend/opslagmetaal is. Verwacht wordt dat deze resultaten de creatie van nieuwe functionele materialen verder zullen bevorderen door de fusie van verschillende elementen, een techniek die wordt vergeleken met de moderne alchemie.

In het periodiek systeem der elementen, Pd ligt tussen Rh en Ag, twee elementen die geen waterstof kunnen opnemen/opslaan. Bulk Ag en Rh kunnen geen legeringen vormen. Alleen wanneer deze elementen worden gerangschikt om ongeveer 10 tot 20 nanometer groot te zijn, ze kunnen legeringen vormen, en Ag _0,5 Rh _0,5 gelegeerde nanodeeltjes met een 1-op-1 Ag-Rh-gehalteverhouding slaan waterstof op zoals Pd dat doet. Echter, het was onbekend waarom Ag _0,5 Rh _0,5 legering nanodeeltjes bezaten zo'n onverwachte eigenschap. Het is kritisch, in termen van het verwerven van fundamentele kennis in materiaalontwikkeling, om experimenteel en theoretisch de elektronische structuur van nanodeeltjes van Ag-Rh-legeringen te begrijpen, waarvan wordt aangenomen dat het nauw verband houdt met de waterstofabsorberende/opslageigenschap.

Het onderzoeksteam onderzocht de elektronische structuur van de valentieband in nanodeeltjes van Ag-Rh-legeringen door metingen te doen met behulp van foto-elektronenspectroscopie met hoge resolutie die hoog-briljante synchrotronstraling uitzendt en door theoretische berekeningen uit te voeren. Het is buitengewoon moeilijk om de interne elektronische structuur van de deeltjes met een diameter van ongeveer 10 tot 20 nanometer te onderzoeken door metingen te doen in het laboratorium dat is uitgerust met foto-elektronenspectroscopie die (zachte) röntgenstraling met lage energie uitzendt. Daarom, we gebruikten (harde) röntgenstralen op de bundellijn van het NIMS, gehuisvest in 's werelds grootste synchrotronstralingsfaciliteit (SPring-8). In aanvulling, we hebben de resultaten van het experiment nauwkeurig geïnterpreteerd op basis van berekende spectra die evenredig zijn in elektronendichtheid van toestanden. Bijgevolg, we ontdekten dat nanodeeltjes van Ag-Rh-legeringen niet alleen een mengsel zijn van Ag en Rh op microscopisch niveau, maar zijn een samensmelting van de twee elementen op atomair niveau, en dat hun elektronische structuur bijna identiek is aan die van Pd. Het feit dat nanodeeltjes van Ag-Rh-legeringen waterstof absorberen, lijkt verband te houden met de overeenkomst in elektronische structuur tussen de Ag-Rh-legering en Pd.

Deze resultaten geven aan dat nanodeeltjes van een Ag-Rh-legering niet alleen waterstof kunnen absorberen/opslaan vanwege hun elektronische structuur, maar ze kunnen ook dienen als een bruikbare katalysator. In de toekomst, we zijn van plan om gezamenlijk onderzoek naar kenmerken en fysieke eigenschappen van het materiaal te bevorderen. In aanvulling, we zijn van plan gegevens over elektronische structuren en atomaire arrangementen aan industrieën te verstrekken, zodat ze kunnen profiteren van verschillende nieuwe functionele materialen die naast Ag-Rh-legeringen nanodeeltjes moeten worden ontwikkeld. Verder, we zullen een stichting oprichten om onderzoek te doen naar ontwerpgebaseerde materialen met behulp van de juiste gegevens (materiaalinformatica).