X-ray emission spectroscopy: an effective route to extract site occupation of cations

文献情報

出版日 2018-09-17
DOI 10.1039/C8CP04628J
インパクトファクター 3.676
著者

Anuj Bhargava, Cindy Y. Chen, Kenneth D. Finkelstein, Richard D. Robinson


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要旨

Cation site occupation is an important determinant of materials properties, especially in a complex system with multiple cations such as in ternary spinels. Many methods for extracting the cation site information have been explored in the past, including analysis of spectra obtained through K-edge X-ray absorption spectroscopy (XAS). In this work, we measure the effectiveness of X-ray emission spectroscopy (XES) for determining the cation site occupation. As a test system we use spinel phase CoxMn3−xO4 nanoparticles contaminated with CoO phases because Co and Mn can occupy all cation sites and the impurity simulates typical products of oxide syntheses. We take advantage of the spin and oxidation state sensitive Kβ1,3 peak obtained using XES and demonstrate that XES is a powerful and reliable technique for determining site occupation in ternary spinel systems. Comparison between the extended X-ray absorption fine structure (EXAFS) and XES techniques reveals that XES provides not only the site occupation information as EXAFS, but also additional information on the oxidation states of the cations at each site. We show that the error for EXAFS can be as high as 35% which makes the results obtained ambiguous for certain stoichiometries, whereas for XES, the error determined is consistently smaller than 10%. Thus, we conclude that XES is a superior and a far more accurate method than XAS in extracting cation site occupation in spinel crystal structures.

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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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