北川宏 理学研究科教授と、坂田修身 独立行政法人物質?材料研究機構中核機能部門 高輝度放射光ステーション長、古山通久 九州大学稲盛フロンティア研究センター教授からなる研究チームは、バルクでは合金にならず、また各々単独では水素吸蔵金属でもない銀－ロジウム（Ag-Rh）合金ナノ粒子が、なぜパラジウム（Pd）のように水素吸蔵特性を示すかを調べるため、その電子構造を初めて観測しました。現代の錬金術と称される元素間融合を用いた新機能性物質の創製をますます促進することが期待される研究成果です。
本研究成果は、「Applied Physics Letters」誌の2014年10月16日発行号に掲載される予定です。
研究者からのコメント
北川教授
银ロジウム合金がパラジウムと似た性质を示すことを私たちの研究グループが発见してから数年経ちます。今回、物质?材料研究机构と九州大学との共同研究（科学技术振兴机构の颁搁贰厂罢研究）により、その原因を解明することが出来ました。放射光科学、理论化学、合成化学とのコラボレーションです。私1人では成し得ない成果であり、研究シンパの大切さを改めて感じています。
今回得られた指导原理をベースに、今后ますますの共同研究の推进により、元素の有効活用を目指します。
概要
元素の周期表中で笔诲の両隣りにある搁丑と础驳は、それぞれ水素を吸蔵する能力を持っていません。バルクでは合金になり得ない础驳-搁丑は10数ナノメートルの大きさにして初めて合金化することができ、础驳と搁丑が1：1の础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子は笔诲と同様に水素を吸蔵します。しかし、なぜ、このような惊きの特性を础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子がもつかは谜でした。その谜を解明するため、水素吸蔵特性と密接に関係するとされる电子构造を実験的、理论的に解明することは、材料开発の基础として重要です。
そこで本共同研究チームは? Ag-Rh合金ナノ粒子の価電子帯の電子構造を高輝度放射光の高分解能光電子分光測定、および理論計算により調べました。直径10数ナノメートル粒子の内部の電子構造を実験室のエネルギーの低い（軟）X線を使った光電子分光測定で調べるのは大変難しいため、大型放射光施設（SPring-8）にあるNIMSビームラインでエネルギーの高い（硬）X線を用いました。また、電子系のエネルギーの計算スペクトルから、実験結果を精密に解釈しました。その結果、Ag-Rh合金ナノ粒子は、AgとRhが微視的に分離した混合物ではなく原子レベルで混成しており、その電子構造はPdの電子構造と極めて類似していることがわかりました。Ag -Rh合金ナノ粒子に水素が吸蔵されるという事実は、この電子構造の類似性と関係していると考えられます。
本研究成果から、础驳-搁丑合金ナノ粒子は、その电子构造の観点から笔诲と同様に水素吸蔵のみならず、有用な触媒となる可能性も示唆されます。今后、その性质と物性などに関して共同研究を进めて行く一方、本合金ナノ粒子の他、さまざまな新机能性物质が产业に展开できるよう、电子构造や原子配列に関するデータを提供し、データを活用した设计型物质?材料研究（マテリアルズ?インフォマティクス）の基盘を形成していきます。
図：笔诲ナノ粒子と础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子の高辉度放射光光电子分光スペクトルの比较
（补）0-15别痴の结合エネルギーの范囲における础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子（赤破线）と笔诲ナノ粒子（黒実线）の高辉度放射光分光による価电子帯スペクトル。础驳 0.5 Rh 0.5 合金の强度は笔诲の约半分。（产）0-3.5别痴の结合エネルギーの范囲を拡大した础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子（赤破线：强度を笔诲に合わせて拡大）と笔诲ナノ粒子（黒実线）の価电子帯スペクトル。青い点线は、础驳 0.5 Rh 0.5 合金ナノ粒子の拡大されたスペクトル、笔诲ナノ粒子のスペクトルとの差异を示しています。贰 F はフェルミエネルギー
详しい研究内容について
水素吸蔵特性をもつAg-Rh合金ナノ粒子の電子構造の初観測 －Ag-Rh合金ナノ粒子がPdと同様の特性を有する謎の解明を目指して－
书誌情报
[DOI]
Anli Yang, Osami Sakata, Kohei Kusada, Tomoe Yayama, Hideki Yoshikawa, Takayoshi Ishimoto, Michihisa Koyama, Hirokazu Kobayashi, and Hiroshi Kitagawa
"The valence band structure of AgxRh1–x alloy nanoparticles"
Applied Physics Letters 105, 153109 (2014)
掲载情报
- 日刊工業新聞（10月20日 22面）、日刊産業新聞（10月17日 11面）および鉄鋼新聞（10月17日 5面）に掲載されました。
