Molecular-Level Pictures of Chemical and Structural Transformations of Mg–Al Layered Double Hydroxide Crystals (Mg/Al = 2) at Elevated Temperatures

The Journal of Physical Chemistry C 127 巻 26 号 12599-12605 頁 2023-06-22 発行
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ファイル情報(添付)
JPhysChemC_127_12599.pdf 2.51 MB 種類 : 全文
タイトル ( eng )
Molecular-Level Pictures of Chemical and Structural Transformations of Mg–Al Layered Double Hydroxide Crystals (Mg/Al = 2) at Elevated Temperatures
作成者
Matsuda Kaito
Okuda Ayaka
Kawashimo Mio
Fukuzaki Ryota
Iio Nana
収録物名
The Journal of Physical Chemistry C
127
26
開始ページ 12599
終了ページ 12605
抄録
Mg–Al layered double hydroxides (Mg–Al LDHs) are crystalline compounds with layered structures composed of hydroxide layers and interlayer anions such as CO32–. A detailed understanding of the thermal decomposition behaviors is indispensable for materials design toward promising applications such as CO2 adsorbents. Here, we report that the thermal decomposition behavior of a well-crystallized Mg–Al LDH having an Mg/Al atomic ratio of 2, where all hydroxyl groups experience an identical chemical environment, provides quantitative evidence for and clear molecular-/atomic-level pictures of the multi-step transformation of the crystals at elevated temperature. Thermal decomposition is found to occur in multi-steps of (1) release of the interlayer water, (2) dehydroxylation of just one-third of hydroxyl groups accompanied by the formation of coordinatively unsaturated sites followed by coordination of carbonate to metals, and (3) collapse of the layered structure at a higher temperature. The stepwise structural transformations are not ascribable to different coordination environments of hydroxyl groups. The reason is possibly that the structure after the partial dehydroxylation of the metal hydroxide layers is rather stable. Structural optimization by first-principles DFT calculations and its powder X-ray diffraction simulation supported the interpretations for and the molecular-level pictures of the structural transformations. These results resolve the various interpretations on the structural change of the crystals.
言語
英語
資源タイプ 学術雑誌論文
出版者
American Chemical Society
発行日 2023-06-22
権利情報
This document is the Accepted Manuscript version of a Published Work that appeared in final form in The Journal of Physical Chemistry C, copyright © American Chemical Society after peer review and technical editing by the publisher. To access the final edited and published work see https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c02859
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出版タイプ Accepted Manuscript(出版雑誌の一論文として受付されたもの。内容とレイアウトは出版社の投稿様式に沿ったもの)
アクセス権 オープンアクセス
収録物識別子
[DOI] https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.3c02859 ~の異版である
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
無機複合ナノ構造の界面機能化学の開拓
Exploring surface functional chemistry of inorganic composite nanostructures
研究課題番号
18H01709
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
層状結晶中の分子とキャリアの移動を設計に活用するCO2分離と人工光合成系の表面機能
層状結晶中の分子とキャリアの移動を設計に活用するCO2分離と人工光合成系の表面機能
研究課題番号
23H00236
助成機関名
日本学術振興会
Japan Society for the Promotion of Science
助成機関識別子
[Crossref Funder] https://doi.org/10.13039/501100001691
研究課題名
層状複水酸化物ナノ粒子の二酸化炭素吸着・脱離機構の解明と吸着剤性能の飛躍的向上
層状複水酸化物ナノ粒子の二酸化炭素吸着・脱離機構の解明と吸着剤性能の飛躍的向上
研究課題番号
23KJ1624
助成機関名
科学技術振興機構
Japan Science and Technology Agency
助成機関識別子
研究課題名
ナノメートルレベルで設計された複合構造による二酸化炭素の触媒的・光触媒的化学変換
ナノメートルレベルで設計された複合構造による二酸化炭素の触媒的・光触媒的化学変換
研究課題番号
JPMJCR12Y2
助成機関名
科学技術振興機構
Japan Science and Technology Agency
助成機関識別子
研究課題名
設計された圧力応答性を付与した新原理CO2吸着分離技術の開発
設計された圧力応答性を付与した新原理CO2吸着分離技術の開発
研究課題番号
JPMJMI22E3