Spectromicroscopic evidence of interstitial and substitutional dopants in association with oxygen vacancies in Sm-doped ceria nanoparticles

文献情報

出版日 2014-01-06
DOI 10.1039/C3CP54613F
インパクトファクター 3.676
著者

Shih-Yun Chen, Ren-Jie Chen, William Lee, Chung-Li Dong, Alexandre Gloter


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要旨

Dopant-induced structural differences and defects in Sm doped CeO2 nanoparticles (NPs) exhibiting room temperature ferromagnetism were investigated by complementary spectroscopic analysis, including X-ray Absorption Spectroscopy, Extended X-Ray Absorption Fine Structure analysis, Raman spectroscopy and atomically resolved Scanning Transmission Electron Microscopy-Electron Energy Loss Spectroscopy (STEM-EELS). The CeO2 NPs were prepared by precipitation methods with Sm/Ce ratios ranging from 0 to 0.17 and with typical sizes from 2 to 4 nanometers. These results demonstrated that the nature and the distributions of defects strongly depend on the concentrations of the dopants. Two regimes in the formation of these (Ce1−x, Smx)O2−δ NPs were observed. At lower dopant levels (x < 7%), Sm3+ atoms mainly replace the Ce atoms in the (Ce3+–O2− vacancy) complexes which are present in ceria NPs. The dopants are unambiguously observed and localized as diluted by real space STEM-EELS spectromicroscopy done with atomic sensitivity. Nevertheless, this substitution induces a strong structural rearrangement and some Sm dopants are also observed as interstitials in association with Ce vacancies. At higher doping concentrations (x > 7%), a Sm rich phase in association with a high amount of oxygen vacancies is observed at the surface of the particles. It results in the formation of core–shell type nanoparticles with crystallographic continuities where a Sm doped CeO2−δ core is surrounded by a layer of typical (Ce0.7, Sm0.3)2O3 composition.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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