Phase transitions and hydrogen bonding in deuterated calcium hydroxide; High-pressure and high-temperature neutron diffraction measurements

重水素化カルシウム水酸化物における相転移と水素結合; 高温高圧下における中性子回折の測定

飯塚 理子*; 小松 一生*; 鍵 裕之*; 永井 隆哉*; 佐野 亜沙美   ; 服部 高典   ; 後藤 弘匡*; 八木 健彦*

Iizuka, Riko*; Komatsu, Kazuki*; Kagi, Hiroyuki*; Nagai, Takaya*; Sano, Asami; Hattori, Takanori; Goto, Hirotada*; Yagi, Takehiko*

重水素化したカルシウム水酸化物(Ca(OD))の高圧その場中性子散乱実験を、J-PARCのパルス中性子を用い、パリ-エジンバラプレスとマルチアンビルプレスを用いて行った。常圧には回収できない、高圧常温相の水素位置を含めた原子位置を初めて求めた。高圧下において水素結合が曲がっていることが明らかになり、これはラマン分光の結果と調和的である。高温高圧相に関しては、先行研究の常圧下に回収して求められた構造と一致した。これらの観測結果から、高圧下における相転移はCaO多面体で構成される層のスライドと、Ca原子の変位、Ca-O再構成と水素結合の配向の変化によりおこることが明らかとなった。

In situ neutron diffraction measurements combined with the pulsed neutron source at the Japan Proton Accelerator Research Complex (J-PARC) were conducted on high-pressure polymorphs of deuterated portlandite (Ca(OD)) using a Paris-Edinburgh cell and a multi-anvil press. The atomic positions including hydrogen for the unquenchable high-pressure phase at room temperature (phase II') were first clarified. The bent hydrogen bonds under high pressure were consistent with results from Raman spectroscopy. The structure of the high-pressure and high-temperature phase (Phase II) was concordant with that observed previously by another group for a recovered sample. The observations elucidate the phase transition mechanism among the polymorphs, which involves the sliding of CaO polyhedral layers, position modulations of Ca atoms, and recombination of Ca-O bonds accompanied by the reorientation of hydrogen to form more stable hydrogen bonds.