Probing the thermal stability and the decomposition mechanism of a magnesium–fullerene polymer via X-ray Raman spectroscopy, X-ray diffraction and molecular dynamics simulations

文献情報

出版日 2016-01-13
DOI 10.1039/C5CP07783D
インパクトファクター 3.676
著者

Matteo Aramini, Johannes Niskanen, Daniele Pontiroli, Abdurrahman Musazay, Michael Krisch, Mikko Hakala, Simo Huotari


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要旨

We report the microscopic view of the thermal structural stability of the magnesium intercalated fullerene polymer Mg2C60. With the application of X-ray Raman spectroscopy and X-ray diffraction, we study in detail the decomposition pathways of the polymer system upon annealing at temperatures between 300 and 700 °C. We show that there are at least two energy scales involved in the decomposition reaction. Intermolecular carbon bonds, which are responsible for the formation of a 2D fullerene polymer, are broken with a relatively modest thermal energy, while the long-range order of the original polymer remains intact. With an increased thermal energy, the crystal structure in turn is found to undergo a transition to a novel intercalated cubic phase that is stable up to the highest temperature studied here. The local structure surrounding magnesium ions gets severely modified close to, possibly at, the phase transition. We used density functional theory based calculations to study the thermodynamic and kinetic aspects of the collapse of the fullerene network, and to explain the intermediate steps as well as the reaction pathways in the break-up of this peculiar C60 intermolecular bonding architecture.

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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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