Anion Reorientations and Cation Diffusion in Nanostructured Closo-Borates: NMR and Quasielastic Neutron Scattering Studies

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The dynamical properties of sodium closo-borate NaCB11H12 embedded into SiO2-based nanoporous scaffolds have been studied by nuclear magnetic resonance (NMR) and quasielastic neutron scattering (QENS) over wide temperature ranges. It has been found that a confinement of the closo-borate in nanopores suppresses the order-disorder phase transition, retaining the orientationally disordered phase with high reorientational mobility of the anions and high diffusive mobility of the cations down to low temperatures. This paper is based on the presentation at the RNIKS-2023 conference.

About the authors

A. V. Skripov

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: skripov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

O. A. Babanova

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: skripov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

R. V. Skoryunov

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: skripov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

A. V. Soloninin

Miheev Institute of Metal Physics, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: skripov@imp.uran.ru
Russian Federation, Ekaterinburg, 620108

References

  1. Udovic T.J., Matsuo M., Unemoto A., Verdal N., Stavila V., Skripov A.V., Rush J.J., Takamura H., Orimo S. Sodium superionic conduction in Na2B12H12 // Chem. Commun. 2014. V. 50. P. 3750–3752.
  2. Tang W.S., Matsuo M., Wu H., Stavila V., Unemoto A., Orimo S., Udovic T.J. Stabilizing lithium and sodium fast-ion conduction in solid polyhedral-borate salts at device-relevant temperatures // Energy Storage Mater. 2016. V. 4. P. 79–83.
  3. Tang W.S., Yoshida K., Soloninin A.V., Skoryunov R.V., Babanova O.A., Skripov A.V., Dimitrievska M., Stavila V., Orimo S., Udovic T.J. Stabilizing superionic-conducting structures via mixed-anion solid solutions of monocarba-closo-borate salts // ACS Energy Lett. 2016. V. 1. P. 659–664.
  4. Duchêne L., Kühnel R.S., Rentsch D., Remhof A., Hagemann H., Battaglia C. A highly stable sodium solid-state electrolyte based on a dodeca/deca-borate equimolar mixture // Chem. Commun. 2017. V. 53. P. 4195–4198.
  5. Brighi M., Murgia F., Černý R. Closo-hydroborate sodium salts as an emerging class of room-temperature solid electrolytes // Cell Rep. Phys. Sci. 2020. V. 1. No. 100217.
  6. Andersson M.S., Stavila V., Skripov A.V., Dimitrievska M., Psurek M.T., Leão J.B., Babanova O.A., Skoryunov R.V., Soloninin A.V., Karlsson M., Udovic T.J. Promoting persistent superionic conductivity in sodium monocarba-closo-dodecaborate NaCB11H12 via confinement within nanoporous silica // J. Phys. Chem. C2021. V. 125. P. 16689–16699.
  7. Skripov A.V., Babanova O.A., Soloninin A.V., Stavila V., Verdal N., Udovic T.J., Rush J.J. Nuclear magnetic resonance study of atomic motion in A2B12H12 (A = Na, K, Rb, Cs): Anion reorientations and Na+ mobility // J. Phys. Chem. C2013. V. 117. P. 25961–25968.
  8. Skripov A.V., Soloninin A.V., Babanova O.A., Skoryunov R.V. Anion and cation dynamics in polyhydroborate salts: NMR studies // Molecules. 2020. V. 25. No. 2940.
  9. Tang W.S., Unemoto A., Zhou W., Stavila V., Matsuo M., Wu H., Orimo S., Udovic T.J. Unparalleled lithium and sodium superionic conduction in solid electrolytes with large monovalent cage-like anions // Energy Environ. Sci. 2015. V. 8. P. 3637–3645.
  10. Skripov A.V., Skoryunov R.V., Soloninin A.V., Babanova O.A., Tang W.S., Stavila V., Udovic T.J. Anion reorientations and cation diffusion in LiCB11H12 and NaCB11H12: 1H, 7Li, and 23Na NMR studies // J. Phys. Chem. C. 2015. V. 119. P. 26912–26918.
  11. Hempelmann R. Quasielastic Neutron Scattering and Solid State Diffusion. Clarendon Press, 2000. 456 p.
  12. Polshettiwar V., Cha D., Zhang X., Basset J.M. High-surface-area silica nanospheres (KCC-1) with a fibrous morphology // Angew. Chem. Int. Ed. 2010. V. 49. P. 9652–9656.
  13. Abragam A. The Principles of Nuclear Magnetism. Clarendon Press. 1961. 531 p. [Русский перевод: Абрагам А. Ядерный магнетизм. ИИЛ, 1963. 554 с.]
  14. Skripov A.V., Soloninin A.V., Babanova O.A., Hagemann H., Filinchuk Y. Nuclear magnetic resonance study of reorientational motion in α-Mg(BH4)2 // J. Phys. Chem. C. 2010. V. 114. P. 12370–12374.
  15. Markert J.T., Cotts E.M., Cotts R.M. Hydrogen diffusion in the metallic glass a-Zr3RhH3.5 // Phys. Rev. B. 1988. V. 37. P. 6446–6452.
  16. Dimitrievska M., Shea P., Kweon K., Bercx M., Varley J.B., Tang W.S., Skripov A.V., Stavila V., Udovic T.J., Wood B.C. Carbon incorporation and anion dynamics as synergistic drivers for ultrafast diffusion in superionic LiCB11H12 and NaCB11H12 // Adv. Energy Mater. 2018. V. 8. No. 1703422.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».