Pressure-induced stacking disorder in boehmite

boehmiteにおける圧力誘起積層不整

石井 優佑*; 小松 一生*; 中野 智志*; 町田 真一*; 服部 高典   ; 佐野 亜沙美   ; 鍵 裕之*

Ishii, Yusuke*; Komatsu, Kazuki*; Nakano, Satoshi*; Machida, Shinichi*; Hattori, Takanori; Sano, Asami; Kagi, Hiroyuki*

その場シンクロトロンX線および中性子回折を用いて、アルミニウム層状水酸化物、ベーマイト(-AlOOH)の構造を圧力の関数として調べた。25GPa以上のX線回折パターンにおいてhkl(h0)ピークのみに見られるピーク広がりおよびその後の分裂は、a軸に沿ったAlO八面体層の連続的に増加する変位に伴う積層不整によって説明される。この知見は、連続的な層の変位によって駆動される圧力誘起積層不整の最初の実験結果である可能性がある。層の変位の大きさは、積層不規則構造モデルに基づくX線散乱プロファイル計算から推定された。重水素化されたサンプルの10GPaまでの中性子回折パターンの構造解析によって得られたベーマイトの水素結合ジオメトリーは、O-D共有結合およびDO水素結合距離の線形的な接近を示し、26GPa未満でマージされる可能性がある。圧力誘起積層不整は、水素結合の静電ポテンシャルを非対称にし、プロトントンネリングの可能性を低下させる。

The structure of an aluminum layered hydroxide, boehmite (-AlOOH), as a function of pressure was studied by using synchrotron X-ray and neutron diffraction. Peak broadening and subsequent splitting, which are only found for hkl (h 0) peaks in the X-ray diffraction patterns above 25 GPa, are explained by stacking disorder accompanied with a continuously increasing displacement of the AlO octahedral layer along a-axis. This finding could be the first experimental result for the pressure-induced stacking disorder driven by the continuous layer displacement. The magnitude of the layer displacement was estimated from the X-ray scattering profile calculation based on the stacking disordered structure model. Hydrogen bond geometries of boehmite, obtained by structure refinements on the observed neutron diffraction patterns for deuterated sample up to 10 GPa, show linearly approaching O-D covalent and DO hydrogen bond distances and they could merge below 26 GPa. The pressure-induced stacking disorder would make the electrostatic potential of hydrogen bonds asymmetric, yielding less chance for the proton-tunnelling.