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Original Layered OP4-(Li,Na)xCoO2 Phase: Insights on Its Structure, Electronic Structure, and Dynamics from Solid State NMR

Authors :
Gillian R. Goward
Marie Guignard
Yohan Biecher
Romain Berthelot
Dany Carlier
Danielle L. Smiley
Claude Delmas
François Fauth
Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB)
Université de Bordeaux (UB)-Institut Polytechnique de Bordeaux-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Department of Chemistry & Chemical Biology
McMaster University [Hamilton, Ontario]
European Synchrotron Radiation Facility (ESRF)
Réseau sur le stockage électrochimique de l'énergie (RS2E)
Université de Picardie Jules Verne (UPJV)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Aix Marseille Université (AMU)-Université de Pau et des Pays de l'Adour (UPPA)-Université de Nantes (UN)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Sorbonne Université (SU)-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 Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Collège de France (CdF (institution))-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM ICMMM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Montpellier (UM)-Université Montpellier 1 (UM1)-Université Montpellier 2 - Sciences et Techniques (UM2)-Institut de Chimie du CNRS (INC)
Université de Nantes (UN)-Aix Marseille Université (AMU)-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 Montpellier (ENSCM)-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)-Université de Montpellier (UM)-Sorbonne Université (SU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )
Université Grenoble Alpes (UGA)-Université Grenoble Alpes (UGA)
Institut Charles Gerhardt Montpellier - Institut de Chimie Moléculaire et des Matériaux de Montpellier (ICGM)
Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Montpellier (ENSCM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Montpellier (UM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Source :
Inorganic Chemistry, Inorganic Chemistry, American Chemical Society, 2020, 59 (8), pp.5339-5349. ⟨10.1021/acs.inorgchem.9b03417⟩, Inorganic Chemistry, 2020, 59 (8), pp.5339-5349. ⟨10.1021/acs.inorgchem.9b03417⟩
Publication Year :
2020
Publisher :
American Chemical Society (ACS), 2020.

Abstract

International audience; The OP4-(Li/Na)xCoO2 phase is an unusual lamellar oxide with a 1:1 alternation between Li and Na interslab spaces. In order to probe the local structure, electronic structure, and dynamics, 7Li and 23Na magic angle spinning nuclear magnetic resonance (MAS NMR) spectroscopy was performed in complementarity to X-ray diffraction and electronic and magnetic properties measurements. 7Li MAS NMR showed that NMR shifts result from two contributions: the Fermi contact and the Knight shifts due to the presence of both localized and delocalized electrons, which is really unusual. 7Li MAS NMR clearly shows several Li environments, indicating that, moreover, Co ions with different local electronic structures are formed, probably due to the arrangement of the Na+ ions in the next cationic layer. 23Na MAS NMR showed that some Na+ ions are located in the Li layer, which was not previously considered in the structural model. The Rietveld refinement of the synchrotron XRD led to the OP4-[Li0.42Na0.05]Na0.32CoO2 formula for the material. In addition, 7Li and 23Na MAS NMR spectroscopies provide information about the cationic mobility in the material: Whereas no exchange is observed for 7Li up to 450 K, the 23Na spectrum already reveals a single average signal at room temperature due to a much larger ionic mobility.

Details

ISSN :
1520510X and 00201669
Volume :
59
Database :
OpenAIRE
Journal :
Inorganic Chemistry
Accession number :
edsair.doi.dedup.....575b7d113c30bc9957610e98eae5a9ca
Full Text :
https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.9b03417