Magnetic edge-states in nanographene, HNO3-doped nanographene and its residue compounds of nanographene-based nanoporous carbon

文献情報

出版日 2014-02-07
DOI 10.1039/C4CP00199K
インパクトファクター 3.676
著者

Si-Jia Hao, V. L. Joseph Joly, Satoshi Kaneko, Jun-ichi Takashiro, Kazuyuki Takai, Hitoshi Hayashi, Toshiaki Enoki, Manabu Kiguchi


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要旨

We investigated the magnetic and electronic properties of nanographene and its charge transfer effect, using near edge X-ray absorption fine structure (NEXAFS), magnetic susceptibility and ESR measurements, and elemental analysis, with the employment of nanoporous carbon, which consists of a three dimensional disordered network of loosely stacked nanographene sheets, in relation to the host–guest interaction with HNO3 as the electron-accepting guest. The adsorption of electron acceptor HNO3 decreases the intensity of the edge state peak in NEXAFS as a result of the charge-transfer-induced Fermi energy downshift, in agreement with the decrease in the edge-state spin concentration, and it also induces the structural expansion, which makes the inter-nanographene sheet distance elongated, resulting in weakening of the inter-nanographene-sheet antiferromagnetic interaction as evidenced by the decrease in the Weiss temperature. In addition, the decomposition of HNO3, which takes place with the electron-rich edge state as an oxidation catalyst, results in the creation of oxygen/nitrogen-containing functional groups bonded to the periphery of the nanographene sheets. Heat-treatment of the HNO3-ACFs under evacuation desorbs the HNO3 molecules completely, though a part of the oxygen/nitrogen-containing species remains strongly bonded to the edge even at a high temperature of ∼800 °C, according to NEXAFS and elemental analysis results. These remaining species participate in the charge transfer, modifying the electronic structure as observed with the decrease in the orbital susceptibility and the strengthening of the inter-nanographene-sheet antiferromagnetic interaction.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
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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