The nature of chemical bonding in actinide and lanthanide ferrocyanides determined by X-ray absorption spectroscopy and density functional theory

文献情報

出版日 2015-12-16
DOI 10.1039/C5CP05820A
インパクトファクター 3.676
著者

Thomas Dumas, Dominique Guillaumont, Clara Fillaux, Andreas Scheinost, Philippe Moisy, Sébastien Petit, David K. Shuh, Tolek Tyliszczak


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要旨

The electronic properties of actinide cations are of fundamental interest to describe intramolecular interactions and chemical bonding in the context of nuclear waste reprocessing or direct storage. The 5f and 6d orbitals are the first partially or totally vacant states in these elements, and the nature of the actinide ligand bonds is related to their ability to overlap with ligand orbitals. Because of its chemical and orbital selectivities, X-ray absorption spectroscopy (XAS) is an effective probe of actinide species frontier orbitals and for understanding actinide cation reactivity toward chelating ligands. The soft X-ray probes of the light elements provide better resolution than actinide L3-edges to obtain electronic information from the ligand. Thus coupling simulations to experimental soft X-ray spectral measurements and complementary quantum chemical calculations yields quantitative information on chemical bonding. In this study, soft X-ray XAS at the K-edges of C and N, and the L2,3-edges of Fe was used to investigate the electronic structures of the well-known ferrocyanide complexes K4FeII(CN)6, thorium hexacyanoferrate ThIVFeII(CN)6, and neodymium hexacyanoferrate KNdIIIFeII(CN)6. The soft X-ray spectra were simulated based on quantum chemical calculations. Our results highlight the orbital overlapping effects and atomic effective charges in the FeII(CN)6 building block. In addition to providing a detailed description of the electronic structure of the ferrocyanide complex (K4FeII(CN)6), the results strongly contribute to confirming the actinide 5f and 6d orbital oddity in comparison to lanthanide 4f and 5d.

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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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