1. Revealing the Elusive Structure and Reactivity of Iron Boride α-FeB
- Author
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Fernando Igoa Saldaña, Emile Defoy, Daniel Janisch, Gwenaëlle Rousse, Pierre-Olivier Autran, Anissa Ghoridi, Amandine Séné, Marzena Baron, Leopoldo Suescun, Yann Le Godec, David Portehault, Novel Advanced Nano-Objects (LCMCP-NANO), Matériaux Hybrides et Nanomatériaux (LCMCP-MHN), Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Design et étude de nouveaux matériaux à propriété remarquables [IMPMC] (IMPMC_DEMARE), Institut de minéralogie, de physique des matériaux et de cosmochimie (IMPMC), Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Muséum national d'Histoire naturelle (MNHN)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UR206-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Collège de France - Chaire Chimie du solide et énergie, Chimie du solide et de l'énergie (CSE), Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E), Aix Marseille Université (AMU)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris - Chimie ParisTech-PSL (ENSCP), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP ), Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Nantes Université (Nantes Univ)-Université de Montpellier (UM)-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM), Université de Montpellier (UM), European Synchroton Radiation Facility [Grenoble] (ESRF), Laboratorio de Cristalografıa, Estado Solido y Materiales [UCUR] (Cryssmat-Lab), Universidad de la República [Montevideo] (UDELAR), and Doctoral School ED397ESRF proposal MA-5188
- Subjects
Inorganic Chemistry ,crystal structure ,borides ,intergrowth ,in situ XRD ,[CHIM.INOR]Chemical Sciences/Inorganic chemistry ,Physical and Theoretical Chemistry ,FAULTS - Abstract
International audience; Crystal structures can strongly deviate from bulk states when confined into nanodomains. These deviations may deeply affect properties and reactivity and then call for a close examination. In this work, we address the case where extended crystal defects spread through a whole solid and then yield an aperiodic structure and specific reactivity. We focus on iron boride, α-FeB, whose structure has not been elucidated yet, thus hindering the understanding of its properties. We synthesize the two known phases, α-FeB and β-FeB, in molten salts at 600 and 1100 °C, respectively. The experimental X-ray diffraction (XRD) data cannot be satisfactorily accounted for by a periodic crystal structure. We then model the compound as a stochastic assembly of layers of two structure types. Refinement of the powder XRD pattern by considering the explicit scattering interference of the different layers allows quantitative evaluation of the size of these domains and of the stacking faults between them. We, therefore, demonstrate that α-FeB is an intergrowth of nanometer-thick slabs of two structure types, β-FeB and CrB-type structures, in similar proportions. We finally discuss the implications of this novel structure on the reactivity of the material and its ability to perform insertion reactions by comparing the reactivities of α-FeB and β-FeB as reagents in the synthesis of a model layered material: Fe2AlB2. Using synchrotron-based in situ X-ray diffraction, we elucidate the mechanisms of the formation of Fe2AlB2. We highlight the higher reactivity of the intergrowth α-FeB in agreement with structural relationships.
- Published
- 2023
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