High-pressure behaviors of hydrogen bonds in fluorine-doped brucite

フッ素ドープブルーサイトの水素結合の高圧下における挙動

He, X.*; 鍵 裕之*; 小松 一生*; 佐野 亜沙美   ; 阿部 淳*; 福山 鴻*; 新名 亨*; 中野 智志*

He, X.*; Kagi, Hiroyuki*; Komatsu, Kazuki*; Sano, Asami; Abe, Jun*; Fukuyama, Ko*; Shimmei, Toru*; Nakano, Satoshi*

ブルーサイトは水酸化物における水素結合を研究する上でモデルとなる重要な物質である。本研究では、中性子粉末回折法、ラマン分光法、赤外分光法を用いて、Mg(OH),gおよび重水素化したMg(OD),において、フッ素(F)置換が水素結合にどのような影響を及ぼすかを常圧および高圧条件下で調べた。常圧条件下では、F置換によりドナ-アクセプター間距離が短縮し、水酸基結合が伸長し、水素結合が強化されることが見出された。高圧実験においては、フッ素の置換は圧力による水素結合の強化を抑制し、水酸基結合の長さ、結合角、O-H角度の変化を減少させた。分光学的測定から、F置換は圧力誘起の水酸基の伸長を制限することが確認された。

Brucite, Mg(OH), is a key material for studying hydrogen bonds in solid hydroxides. This study explored how fluorine (F) substitution affects hydrogen-bonding in hydrogenated and deuterated brucite under ambient and high-pressure conditions using neutron powder diffraction, Raman, and IR spectroscopy. At ambient conditions, F substitution shortened donor- acceptor distances and elongated hydroxyl bonds, strengthening hydrogen bonds, as evidenced by red shifts in hydroxyl stretching modes. High-pressure experiments showed that F doping suppressed pressure-induced hydrogen-bond strengthening, reducing changes in hydroxyl bond length, bond angle, and cone angle. Spectroscopic measurements confirmed that F substitution limits pressure-induced hydroxyl elongation.