Nature of chemical and topological disorder in borogermanate glasses: Insights from B-11 and O-17 solid-state NMR and quantum chemical calculations

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 114, Issue 1, 2010, Pages 412-420

  Lee, Sung Keun ^a   Kim, Hyun Na ^a   Lee, Bum Han ^a   Kim, Hyo Im ^a   Kim, Eun Jeong ^a  

^a Seoul National University   (South Korea)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BOROSILICATE GLASS; DENSITY FUNCTIONAL THEORY; GERMANIUM; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE; NUCLEAR MAGNETIC RESONANCE SPECTROSCOPY; OXYGEN; PHASE SEPARATION; QUANTUM CHEMISTRY; QUANTUM THEORY; TOPOLOGY;

B-11 NMR; BOROGERMANATE; BOROXOL RING; CHEMICAL DISORDER; CHEMICAL ORDER; CLUSTER ENERGY; GE FRACTION; HIGH RESOLUTION; MACROSCOPIC PROPERTIES; MAGIC ANGLE SPINNING; MOLE FRACTION; NEGATIVE DEVIATIONS; NMR SPECTRUM; OXIDE GLASS; Q-VALUES; QUANTUM CHEMICAL CALCULATIONS; RANDOM DISTRIBUTION; SOLID STATE NMR; TOPOLOGICAL CHANGES; TOPOLOGICAL DISORDER; TOPOLOGY VARIATION; TRIPLE QUANTUM;

NONCRYSTALLINE SOLIDS;

EID: 75649092982     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp9093113     Document Type: Article

References (83)

1. Lee, S. K. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 5889.
2. Allwardt, J. R.; Stebbins, J. F.; Schmidt, B. C.; Frost, D. J.; Withers. A. C.; Hirschmann, M. M. Am. Mineral. 2005, 90, 1218.
3. Hess, P. C. Thermodynamic mixing properties and structure of silicate melts. In Structure, Dynamics, and Properties of Silicate Melts; Stebbins, J. F., McMillan, P. F., Dingwell, D. B., Eds.; Mineralogical Society of America: Washington, DC, 1995; p 145.
4. Kelsey, K. E.; Stebbins, J. F.; Singer, D. M.; Brown, G. E.; Mosenfelder, J. L.; Asimow, P. D. Geochim. Cosmochim. Acta 2009, 73, 3914.
5. Lee, S. K. Geochim. Cosmochim. Acta 2005, 69, 3695.
6. Lee, S. K.; Cody, G. D.; Fei, Y. W.; Mysen, B. O. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 11756.
7. Lee, S. K.; Lin, J. F.; Cai, Y. Q.; Hiraoka, N.; Eng, P. J.; Okuchi, T.; Mao, H. K.; Meng, Y.; Hu, M. Y.; Chow, P.; Shu, J. F.; Li, B. S.; Fukui, H.; Lee, B. H.; Kim, H. N.; Yoo, C. S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2008, 105, 7925.
8. Lee, S. K.; Stebbins, J. F. Am. Mineral. 1999, 84, 937.
9. Mysen, B. O.; Richet, P. Silicate Glasses and Melts: Properties and Structure (Developments in Geochemistry); Elsevier: Amsterdam, The Netherlands, 2005.
10. Navrotsky, A. Energetics of silicate melts. In Structure, Dynamics, and Properties ofSilicate Melts; Stebbins, J. F., McMillan, P. F., Dingwell, D. B., Eds.; Mineralogical Society of America: Washington, DC, 1995; p 121.
11. Stebbins, J. F.; Dubinsky, E. V.; Kanehashi, K.; Kelsey, K. E. Geochim. Cosmochim. Acta 2008, 72, 910.
12. Angeli, F.; Delaye, J. M.; Charpentier, T.; Petit, J. C.; Ghaleb, D.; Faucon, P. Chem. Phys. Lett. 2000, 320, 681.
13. Xue, X.; Stebbins, J. F.; Kanzaki, M. Am. Mineral. 1994, 79, 31.
14. Yarger, J. L.; Smith, K. H.; Nieman, R. A.; Diefenbacher, J.; Wolf, G. H.; Poe, B. T.; McMillan, P. F. Science 1995, 270, 1964.
15. Richet, P. Geochim. Cosmochim. Acta 1984, 48, 471.
16. Lee, S. K.; Musgrave, C. B.; Zhao, P.; Stebbins, J. F. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 12583.
17. Lee, S. K.; Stebbins, J. F. Geochim. Cosmochim. Acta 2002, 66, 303.
18. Stebbins, J. F. Dynamics and structure of silicate and oxide melts: nuclear magnetic resonance studies. In Structure, Dynamics, and Properties of Silicate Melts; Stebbins, J. F., McMillan, P. F., Dingwell, D. B., Eds.; Mineralogical Society of America: Washington, DC, 1995; Vol. 32, p 191.
19. Allwardt, J. R.; Schmidt, B. C.; Stebbins, J. F. Chem. Geol. 2004, 213, 137.
20. Dirken, P. J.; Kohn, S. C.; Smith, M. E.; Vaneck, E. R. H. Chem. Phys. Lett. 1997, 266, 568.
21. Du, L. S.; Stebbins, J. F. J. Non-Cryst. Solids 2005, 351, 3508.
22. Stebbins, J. F. Chem. Geol. 2008, 256, 80.
23. Stebbins, J. F.; Oglesby, J. V.; Xu, Z. Am. Mineral. 1997, 82, 1116.
24. Xu, Z.; Maekawa, H.; Oglesby, J. V.; Stebbins, J. F. J. Am. Chem. Soc. 1998, 120, 9894.
25. Du, L. S.; Peng, L. M.; Stebbins, J. F. J. Non-Cryst. Solids 2007, 353, 2910.
26. Sen, S.; Youngman, R. E. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 7557.
27. Lee, S. K.; Stebbins, J. F. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 4091.
28. Du, L. S.; Stebbins, J. F. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 10063.
29. Hervig, R. L.; Navrotsky, A. J. Am. Ceram. Soc. 1985, 68, 314.
30. Hemley, R. J.; Meade, C.; Mao, H. K. Phys. Rev. Lett. 1997, 79, 1420.
31. Sugai, S.; Onodera, A. Phys. Rev. Lett. 1996, 77, 4210.
32. Trachenko, K.; Dove, M. T.; Brazhkin, V.; El'kin, F. S. Phys. Rev. Lett. 2004, 93.
33. Tsiok, O. B.; Brazhkin, V. V.; Lyapin, A. G.; Khvostantsev, L. G. Phys. Rev. Lett. 1998, 80, 999.
34. Peng, L. M.; Stebbins, J. F. J. Non-Cryst. Solids 2007, 353, 4732.
35. Lee, S. K.; Lee, B. H. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 16408.
36. Du, L. S.; Stebbins, J. F. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 12427.
37. Guthrie, M.; Tulk, C. A.; Benmore, C. J.; Xu, J.; Yarger, J. L.; Klug, D. D.; Tse, J. S.; Mao, H. K.; Hemley, R. J. Phys. Rev. Lett. 2004, 93.
38. Henderson, G. S.; Amos, R. T. J. Non-Cryst. Solids 2003, 328,1.
39. Micoulaut, M.; Cormier, L.; Henderson, G. S. J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, R753.
40. Sigaev, V. N.; Alieva, E. A.; Lotav, S. V.; Lepekhin, N. M.; Priseko, Y. S.; Rasstanaev, A. V. Glass Phys. Chem. 2009, 35, 13.
41. Sigaev, V. N.; Pernice, P.; Aronne, A.; Fanelli, E.; Lotarev, S. V.; Orlova, E. V.; Califano, V.; Champagnon, B.; Vouagner, D. J. Non-Cryst. Solids 2006, 352, 2123.
42. Dadachov, M. S.; Sun, K.; Conradsson, T.; Zou, X. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2000, 39, 3674.
43. El-Desoky, M. M.; Abo-Naf, S. M. J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2004, 15, 425.
44. El-Egili, K.; Doweidar, H. Phys. Chem. Glasses 1998, 39, 332.
45. Kong, F.; Jiang, H. L.; Hu, T.; Mao, J. G. Inorg. Chem. 2008, 47, 10611.
46. Li, Y. F.; Zou, X. D. Angew. Chem., Int. Ed. 2005, 44, 2012.
47. Lin, Z. E.; Zhang, J.; Yang, G. Y. Inorg. Chem. 2003, 42, 1797.
48. Liu, X.; Ye, S.; Qiao, Y.; Dong, G.; Zhu, B.; Chen, D.; Lakshmi- narayana, G.; Qiu, J. Appl. Phys. B 2009, 96, 51.
49. Ma, C.; Kiczenski, T.; McRae, J.; Affatigato, M.; Feller, S. A. Phys. Chem. Glasses 2000, 41, 365.
50. Xiong, D. B.; Chen, H. H.; Li, M. R.; Yang, X. X.; Zhao, J. T. Inorg. Chem. 2006, 45, 9301.
51. Bray, P. J. J. Non-Cryst. Solids 1985, 73, 19.
52. Sen, S.; Stebbins, J. F. Phys. Rev. B 1997, 55, 3512.
53. Borate glasses, crystals and melts; Wright, A. C., Feller, S. A., Hannon, A. C., Eds.; Society of glass technology: Sheffield, U.K., 1996; p 570.
54. Ferlat, G.; Charpentier, T.; Seitsonen, A. P.; Takada, A.; Lazzeri, M.; Cormier, L.; Calas, G.; Mauri, F. Phys. Rev. Lett. 2008, 101.
55. Lee, S. K.; Eng, P. J.; Mao, H. K.; Meng, Y.; Newville, M.; Hu, M. Y.; Shu, J. F. Nat. Mater. 2005, 4, 851.
56. Lee, S. K.; Mibe, K.; Fei, Y.; Cody, G. D.; Mysen, B. O. Phys. Rev. Lett. 2005, 94, 165507.
57. Youngman, R. E.; Haubrich, S. T.; Zwanziger, J. W.; Janicke, M. T.; Chmelka, B. F. Science 1995, 269, 1416.
58. Joo, C.; Werner-Zwanziger, U.; Zwanziger, J. W. J. Non-Cryst. Solids 2000, 261, 282.
59. Sen, S. Mol. Simul. 2008, 34, 1115.
60. Zwanziger, J. W. Solid State Nucl. Magn. Reson. 2005, 27,5.
61. Du, L. S.; Stebbins, J. F. Chem. Mater. 2003, 15, 3913.
62. Chakraborty, I. N.; Condrate, R. A., Sr. J. Non-Cryst. Solids 1986, 81, 271.
63. Baltisberger, J. H.; Xu, Z.; Stebbins, J. F.; Wang, S.; Pines, A. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 7209.
64. Zhao, P.; Neuhoff, P. S.; Stebbins, J. F. Chem. Phys. Lett. 2001, 344, 325.
65. Kentgens, A. P. M.; Verhagen, R. Chem. Phys. Lett. 1999, 300, 435.
66. Madhu, P. K.; Goldbourt, A.; Frydman, L.; Vega, S. Chem. Phys. Lett. 1999, 307, 41.
67. Lee, S. K.; Lee, S. B.; Park, S. Y.; Yi, Y. S.; C, W., A. Phys. Rev. Lett. 2009, 103, 095501.
68. Foresman, J. B.; Frisch, A. Exploring chemistry with electronic structure methods, 2nd ed.; Gaussian Inc.: Pittsburgh, PA, 1996.
69. Frisch, M. J. ; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, J. J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Bakken, V.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, revision C.02; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT, 2003.
70. Frydman, I.; Harwood, J. S. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 5367.
71. Massiot, D.; Touzo, B.; Trumeau, D.; Coutures, J. P.; Virlet, J.; Florian, P.; Grandinetti, P. J. Solid State Nucl. Maen. Reson. 1996, 6, 73.
72. Medek, A.; Harwood, J. S.; Frydman, L. J. Am. Chem. Soc. 1995, 117, 12779.
73. Joo, C.; Werner-Zwanziger, U.; Zwanziger, J. W. J. Non-cryst. Solids. 2000, 271, 265.
74. Wang, S.; Stebbins, J. F. J. Am. Ceram. Soc. 1999, 82, 1519.
75. Wong, A.; Howes, A. P.; Parkinson, B.; Anupold, T.; Samoson. A.; Holland, D.; Dupree, R. Phys. Chem. Chem. Phys. 2009, 11, 7061.
76. Cherry, B. R.; Alam, T. M.; Click, C.; Brow, R. K.; Gan, Z. H. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4894.
77. Lee, B. H.; Lee, S. K. Am. Mineral. 2009, 94, 1392.
78. Elliot, S. R. Physics of amorphous materials; John Wiley & Sons: New York, 1988.
79. Mazurin, O. V. Handbook of Glass Data: Silica Glass and Binary Silicate Glasses; Elsevier Science: Amsterdam, 1983.
80. Eden, M. Solid State Nucl. Masn. Reson. 2009, 36, 1.
81. Florian, P.; Fayon, F.; Massiot, D. J. Phys. Chem. C 2009, 113, 2562.
82. Lo, A. Y. H.; Eden, M. Phys. Chem. Chem. Phys. 2008, 10, 6635.
83. Lee, S. K.; Deschamps, M.; Hiet, J.; Massiot, D.; Park, S. Y. J. Phys. Chem. B 2009, 113, 5162.