1. Impact of magnesium on the structure of aluminoborosilicate glasses: A solid‐state NMR and Raman spectroscopy study
- Author
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Stéphane Gin, J.M. Delaye, Frédéric Angeli, Nicolas Bisbrouck, Dominique de Ligny, Marco Bertani, Thibault Charpentier, Matthieu Micoulaut, Département de recherche sur les technologies pour l'enrichissement, le démantèlement et les déchets (DE2D), CEA-Direction des Energies (ex-Direction de l'Energie Nucléaire) (CEA-DES (ex-DEN)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Laboratoire Structure et Dynamique par Résonance Magnétique (LCF) (LSDRM), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Department of Materials Science and Engineering, Institute I, Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Friedrich-Alexander Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Laboratoire de Physique Théorique de la Matière Condensée (LPTMC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU), Département de recherche sur les Procédés et Matériaux pour les Environnements complexes (DPME), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), and Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
inorganic chemicals ,Oxygen-17 ,Materials science ,Magnesium ,Borosilicate glass ,chemistry.chemical_element ,[CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry ,02 engineering and technology ,010402 general chemistry ,021001 nanoscience & nanotechnology ,01 natural sciences ,0104 chemical sciences ,symbols.namesake ,Solid-state nuclear magnetic resonance ,chemistry ,Materials Chemistry ,Ceramics and Composites ,symbols ,Physical chemistry ,0210 nano-technology ,Raman spectroscopy - Abstract
International audience; Seven magnesium-containing aluminoborosilicate glasses, with three to five oxides, have been studied through comprehensive multi-nuclear solid-state NMR (11B, 27Al, 29Si, 23Na, 17O and 25Mg) and Raman spectroscopy. The progressive addition of cations and the substitution of sodium and calcium by magnesium illuminate the impact of magnesium on the glass structure. The proportion of tri-coordinated boron drastically increased with magnesium addition, demonstrating the poor charge-compensating capabilities of magnesium in tetrahedral boron units. Oxygen-17NMR showed the formation of mixing sites containing both Na and Mg near non-bridging oxygen sites. Furthermore, a high magnesium content appears to result in the formation of two sub-networks (boron and silicon rich) with different polymerization degrees as well as to promote the formation of high-coordination aluminium sites (Al[V] and Al[VI]). Finally, magnesium coordination ranging from four to six, with a mean value shifting from five to six along the series, suggests that magnesium might endorse an intermediate role in these glasses.
- Published
- 2021