High-pressure-high-temperature study of benzene; Refined crystal structure and new phase diagram up to 8 GPa and 923 K

ベンゼンの高温研究; 8GPa, 923Kまでの精密結晶構造と新しい相図

Chanyshev, A. D.*; Litasov, K. D.*; Rashchenko, S.*; 佐野 亜沙美   ; 鍵 裕之*; 服部 高典   ; Shatskiy, A. F.*; Dymshits, A. M.*; Sharygin, I. S.*; 肥後 祐司*

Chanyshev, A. D.*; Litasov, K. D.*; Rashchenko, S.*; Sano, Asami; Kagi, Hiroyuki*; Hattori, Takanori; Shatskiy, A. F.*; Dymshits, A. M.*; Sharygin, I. S.*; Higo, Yuji*

マルチアンビル装置を用いたその場中性子およびX線回折により、1.5-8.2GPaで、固体ベンゼンの高温下の構造変化を溶融または分解まで調べた。重水素化ベンゼン相II(空間群P2/c)の結晶構造を、3.6-8.2GPaおよび473-873Kで精密化した。格子定数に関して、7.8-8.2GPaにおいて有意な温度依存性は見られなかった。3.6-4.0GPaでは、ベンゼン環面からの重水素原子のずれとベンゼン環の小さなジグザグ変形を観測した。これらは、ベンゼン分子のずれ、および共役炭素骨格-隣接重水素原子間のファンデルワールス結合の距離の減少の為に、温度により増大した。723-773Kおよび3.9-4.0GPaにおけるベンゼン分子の変形は、同じ条件におけるベンゼンのオリゴマー化に関連していると思われる。1.5-8.2GPaの圧力範囲において、ベンゼンの分解温度は773-923Kの間に決定された。融解は2.2GPa、573Kで確認された。ラマン分光法によって分析されたクエンチされた生成物は炭素質材料からなる。今回決定したベンゼンの相図は、1.5-8GPaにおけるナフタレン,ピレン、およびコロネンのものとコンシステントである。

The high-temperature structural properties of solid benzene were studied at 1.5-8.2 GPa up to melting or decomposition using multi-anvil apparatus and in situ neutron and X-ray diffraction. The crystal structure of deuterated benzene phase II (P2/c unit cell) was refined at 3.6-8.2 GPa and 473-873 K. Our data show a minor temperature effect on the change in the unit cell parameters of deuterated benzene at 7.8-8.2 GPa. At 3.6-4.0 GPa, we observed the deviation of deuterium atoms from the benzene ring plane and minor zigzag deformation of the benzene ring, enhancing with the temperature increase caused by the displacement of benzene molecules and decrease of van der Waals bond length between the -conjuncted carbon skeleton and the deuterium atom of adjacent molecule. Deformation of benzene molecule at 723-773 K and 3.9-4.0 GPa could be related to the benzene oligomerization at the same conditions. In the pressure range of 1.5-8.2 GPa, benzene decomposition was defined between 773-923 K. Melting was identified at 2.2 GPa and 573 K. Quenched products analyzed by Raman spectroscopy consist of carbonaceous material. The defined benzene phase diagram appears to be consistent with those of naphthalene, pyrene, and coronene at 1.5-8 GPa.