Сечения фотоионизации основных и возбужденных валентных электронов лантаноидов для исследований электронного строения материалов методом РФЭС и расчет спектра кластера Ce63O216

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Сечения фотоионизации атомных оболочек необходимы при исследованиях электронного строения материалов методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. В химической связи лантаноидов с другими атомами участвуют электроны как основных конфигураций, так и возбужденных. Однако в существующих таблицах присутствуют сечения фотоионизации только основных конфигураций лантаноидов. В настоящей работе рассчитаны сечения фотоионизации основных и впервые возбужденных состояний атомов лантаноидов для энергий фотонов 1253.6 и 1486.6 эВ. Расчеты проводились на основе релятивистских волновых функций самосогласованного поля, полученных методом Дирака–Фока. Обсуждается приложение полученных результатов к экспериментальным рентгеновским фотоэлектронным спектрам соединений лантаноидов на примере экспериментального спектра CeO2 и впервые рассчитанного спектра кластера Ce63O216.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Г. Яржемский

Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: antonxray@yandex.ru
Россия, Ленинский пр., 31, Москва, 119991

Ю. А. Тетерин

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Email: antonxray@yandex.ru
Россия, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182

М. В. Рыжков

Институт химии твердого тела УрО Российской академии наук

Email: antonxray@yandex.ru
Россия, ул. Первомайская, 91, Екатеринбург, 620990

А. Ю. Тетерин

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт”

Автор, ответственный за переписку.
Email: antonxray@yandex.ru
Россия, пл. Академика Курчатова, 1, Москва, 123182

Список литературы

  1. Шашурин Д.А., Суслова Е.В., Рожков В.А., Сотенский Р.В., Медведев О.С., Шелков Г.А. Контрастные агенты Gd 2 O 3 -малослойные графитовые фрагменты для энергочувствительной компьютерной томографии // Журн. прикл. химии. 2023. Т. 96. № 4. С. 337–344. https://doi.org/10.31857/S0044461823040023
  2. Голикова М.В., Япрынцев А.Д., Цзя Ч., Фатюшина Е.В., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Синтез и физико-химические свойства лактатов РЗЭ иттриевой подгруппы Ln(C 3 H 5 O 3 ) 32 H 2 O (Ln = Y, Tb–Lu) // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 10. С. 1422–1432. https://doi.org/10.31857/S0044457X23601050
  3. Ильин Е.Г., Паршаков А.С., Исхакова Л.Д., Котцов С.Ю., Филиппова А.Д., Гоева Л.В., Симоненко Н.П., Баранчиков А.Е., Иванов В.К. Превращения гидратированного тетрафторида церия в гидротермальных условиях. Новый гидрат фторида церия Ce 3 F 103 H 2 O // Журн. неорган. химии. 2023. Т. 68. № 10. С. 1348–1357. https://doi.org/10.31857/S0044457X23600688
  4. Teterin Yu.A., Smirnova M.N., Maslakov K.I., Teterin A.Yu., Nikiforova G.E., Glazkova Ya.S., Sobolev A.N., Presnyakov I.A., Ketsko V.A. Synthesis, Ionic, and Phase Compositions of Ferrogarnet Y2.5Ce0.5Fe2.5Ga2.5O12 // Russ. J. Inorg. Chem. 2023. V. 68. № 7. P. 904–912. https://doi.org/10.1134/S0036023623600831
  5. Teterin Yu.A., Smirnov M.N., Maslakov K.I., Teterin A.Yu., Kop’eva M.A., Nikiforova G.E., Ketsko V.A. Ionic and Phase Compositions of Y2.5Ce0.5Fe2.5Ga2.5O12 Ferrogarnet Powder Produced by Gel Combustion // Dokl. Phys. Chem. 2022. V. 503. № 2. P. 45–49. https://doi.org/10.1134/s0012501622040029
  6. Maslakov K.I., Teterin Yu.A., Popel A.J., Teterin A.Yu., Ivanov K.E., Kalmykov St.N., Petrov V.G., Petrov P.K., Farnan I. XPS Study of ION Irradiated and Unirradiated CeO 2 Bulk and Thin Film Samples // Appl. Surf. Sci. 2018. V. 448. P. 154–162. https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2018.04.077
  7. Idriss H. A Core and Valence-Level Spectroscopy Study of the Enhanced Reduction of CeO 2 by Iron Substitution—Implications for the Thermal Water-Splitting Reaction // Inorganics. 2024. V. 12. P. 42. https://doi.org/10.3390/inorganics12020042
  8. Yang C., Lu Y., Zhang, L., Kong Z., Yang T., Tao L., Zou Y., Wang S. Defect Engineering on CeO 2 -Based Catalysts for Heterogeneous Catalytic Applications. // Small Struct. 2021. V. 2. P. 2100058. https://doi.org/10.1002/sstr.202100058
  9. Cheng L., Yue X., Fan J., Xiang Q. Site-Specific Electron-Driving Observations of CeO 2 -to- CH 4 Photoreduction on Co-Doped CeO 2 /Crystalline Carbon Nitride S-Scheme Heterojunctions // Adv. Mater. 2022. V. 34. P. 2200929. https://doi.org/10.1002/adma.202200929
  10. Zhao S., Kang D., Liu Y., Wen Y., Xie X., Yi H. Tang X. Spontaneous Formation of Asymmetric Oxygen Vacancies in Transition-Metal-Doped CeO 2 Nanorods with Improved Activity for Carbonyl Sulfide Hydrolysi. // ACS Catal. 2020. V. 10. P. 11739–11750. https://doi.org/10.1021/acscatal.0c02832
  11. Lykaki M., Stefa S., Carabineiro S.A.C., Pandis P.K., Stathopoulos V.N., Konsolakis M. Facet-Dependent Reactivity of Fe 2 O 3 / CeO 2 Nanocomposites: Effect of Ceria Morphology on CO Oxidation // Catalysts. 2019. V. 9. P. 371. https://doi.org/10.3390/catal9040371
  12. Teterin Yu.A., Teterin A.Yu. Structure of X-Ray Photoelectron Spectra of Lanthanide Compounds // Russ. Chem. Rev. 2002. V. 71. № 5. P. 347–381. https://doi.org/10.1070/RC2002v071n05ABEH000717
  13. Ryzkov M.V., Gubanov V.A., Teterin Yu.A., Baev A.S. Electronic Structure, Chemical Bonding and X-Ray Photoelectron Spectra of Light Rare-Earth Oxides // J. Phys. B – Condens. Matter. 1985. V. 59. P. 1–6. https://doi.org/10.1007/bf01325376
  14. Ryzkov M.V., Gubanov V.A., Teterin Yu.A., Baev A.S. Electronic Structure, Chemical Bonding and X-Ray Photoelectron Spectra of Heavy Rara-Earth Oxides// J. Phys. B: - Condens. Matter. 1985. V. 59. P. 7–14. https://doi.org/10.1007/bf01325376
  15. Maslakov K.I., Teterin Yu.A., Ryzhkov M.V., Popel A.J., Teterin A.Yu., Ivanov K.E., Kalmykov St.N., Petrov V.G., Petrove P.K., Farnand I. The Electronic Structure and the Nature of the Chemical Bond in CeO 2 // Phys. Chem. Chem. Phys. 2018. V. 20. P. 16167–16175. https://doi.org/10.17863/CAM.25910
  16. Зигбан К., Нордлинг К., Фальман А., Нордберг Р., Хамрин К., Хедман Я., Йоханссон Г., Бергмарк Т., Карлссон С., Линдгрен И., Линдберг Б. Электронная спектроскопия. М.: Мир, 1971. 493 с.
  17. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектроскопия химических соединений. М.: Химия, 1984. 256 с.
  18. Анализ поверхности методами оже- и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии/Под ред Бриггса Д.и др. М.: Мир, 1987. 598 с.
  19. Hüfner S. Photoelectron Spectroscopy: Principles and Applications. Springer Series in Solid-State Sciences. 2013. V. 82. 506 p.
  20. Солдатов А.В., Гусатинский А.Н., Карин М.Г., Сидорин К.К., Садовская О.А. Рентгеноспектральное и рентгеноэлектронное исследование структуры энергетических полос в полуторных сульфидах Р.З.Э // Неорган. материалы. 1983. Т. 19. № 7. С. 1052–1055.
  21. Gelius U., Allan C.J., Johansson G., Siegbahn H., Allison D.A., Siegbahn K. The ESCA Spectra of Benzene and Thei-electronic Series, Thiophene, Pyrrole and Furan // Phys. Scr. 1971. V. 3. P. 237–242. https://doi.org/10.1088/0031-8949/3/5/008
  22. Yarzhemsky V.G., Nefedov V.I., Amusya M.Ya., Cherepkov N.A., Chernysheva L.V. Relative Intensities in X-ray Photoelectron Spectra Part VIII // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1981. V. 23. № 2. P. 175–186. https://doi.org/10.1016/0368-2048(81)80033-3
  23. Blaha P., Schwarz K., Tran F., Laskowski R., Madsen G.K.H., Marks L.D. WIEN2k: An APW+lo Program for Calculating the Properties of Solids // J. Chem. Phys. 2020. V. 152. Р. 074101. https://doi.org/10.1063/1.5143061
  24. Trzhaskovskaya M.B., Nefedov V.I., Yarzhemsky V.G. Photoelectron Angular Distribution Parameters for Elements Z = 1 to Z = 54 in the Photoelectron Energy Range 100–5000 eV // At. Data Nucl. Data Tables. 2001. V. 77. № 1. P. 97–159. https://doi.org/10.1006/adnd.2000.0849
  25. Trzhaskovskaya M.B., Yarzhemsky V.G. Dirac-Fock Photoionization Parameters for HAXPES Applications // At. Data Nucl. Data Tables. 2018. V. 119. P. 99–174. https://doi.org/10.1016/j.adt.2017.04.003
  26. Scofield J.H. Hartree-Slater Subshell Photoionization Cross-Sections at 1254 and 1487 eV // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1976. V. 8. P. 129–137. https://doi.org/10.1016/0368-2048(76)80015-1
  27. Rosen A., Ellis D.E. Relativistic Molecular Calculations in the Dirac-Slater Model // J. Chem. Phys. 1975. V. 62. № 8. P. 3039–3049. https://doi.org/10.1063/1.430892
  28. Губанов В.А., Курмаев Э.3., Ивановский А.Л. Квантовая химия твердого тела. М.: Наука, 1984. 304 с.
  29. Губанов В.А., Ивановский А.Л., Рыжков М.В. Квантовая химия в материаловедении. М.: Наука, 1987. 336 с.
  30. Yarzhemsky V.G., Teterin A.Yu., Teterin Yu.A., Trzhaskovskaya M.B. Photoionization Cross-Sections of Ground and Excited Valence Levels of Actinides // Nucl. Technol. Rad. Prot. 2012. V. 27. № 2. P. 103–106. https://doi.org/
  31. Grant I.P. Relativistic Atomic Structure Calculations// Methods in Computational Chemistry/Ed Wilson S. Boston: Springer, 1988. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-0711-2_1
  32. Amusia M.Ya., Chernysheva L.V., Yarzhemsky V.G. Handbook of Theoretical Atomic Physics. Data for Photon Absorption, Electron Scattering, and Vacancies Decay. Berlin: Springer, 2012.
  33. Nefedov V.I., Yarzhemsky V.G., Hesse R., Streubel P., Szargan R. Influence of Nondipolar Parameters on the XPS Intensities in Solids // J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 2002. V. 125. P. 153–156. https://doi.org/10.1016/S0368-2048(02)00135-4
  34. Нефедов В.И., Яржемский В.Г., Нефедова И.С., Зарган Р. Метод определения толщин сверхтонких пленок по данным РФЭС // Неорган. материалы. 2004. Т. 40. № 8. С. 1020–1024.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Спектры РФЭС валентных электронов CeO2: 1 – экспериментальный спектр [15], 2 – теоретический спектр CeO8, 3 – теоретический спектр Ce63O216.

Скачать (26KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Схема МО кластера CeO8 точечной группы симметрии D4h, построенная с учетом экспериментальных и теоретических данных (ВМО – внешние валентные МО, ВВМО – внутренние валентные МО, ОМО – остовные МО).

Скачать (70KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024