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Journal of the Korean Chemical Society (JKCS)

ISSN 1017-2548(Print)
ISSN 2234-8530(Online)
Volume 48, Number 1
JKCSEZ 48(1)
February 20, 2004 

Relationship between Structural Stability and Crystallinity in Layered Manganese Oxide

층상구조 망간산화물에서의 구조적 안정도와 결정성과의 관계
Seong-Ju Hwang*

결정성, 구조적 안정도, 나노결정, 미분전하용량 분석, 구조전이 , Crystallinity, Structural Stability, Nanocrystal, Differential Potential Plot, Structural Transition
층상구조를 갖는 망간산화물에서 결정성과 구조적 안정도 간의 관계에 대해 조사하였다. 좋은 결정성을 갖는 망간산화물은 고상합성법-이온교환법을 이용하여 합성하였으며, 나노결정 망간산화물은 실온에서의 Chimie-Douce 반응을 통해 얻어졌다. 마이크로 라만 분광과 X선 흡수분광 결과는 결정성에 상관없이 이들 화합물에 존재하는 망간이온이 공통적으로 층상구조의 팔면체 자리에 안정화되어 있음을 보여준다. 미분전하용량 분석 결과는 나노결정 화합물의 층상구조가 전기화학적 충방전 과정 동안 안정하다는 사실을 보여주며, 이와는 대조적으로 좋은 결정성을 갖는 층상구조 화합물의 경우 현저한 구조변화를 겪는다는 사실을 보여준다. 마이크로 라만 분광 결과는 이러한 구조전이가 층상 구조로부터 스핀넬 타입 구조로의 변화에 해당함을 보여준다. 위 실험 결과로부터 나노결정성이 층상구조의 안정도를 향상시킨다는 결론을 얻을 수 있었다.

The effect of crystallinity on the structural stability of layered manganese oxide has been systematically investigated. While well-crystalline manganate was prepared by solid-state reaction-ion exchange method, nanocrystalline one was obtained by Chimie-Douce reaction at room temperature. According to micro-Raman and Mn K-edge X-ray absorption spectroscopic results, manganese ions in both the manganese oxides are stabilized in the octahedral sites of the layered lattice consisting of edge-shared MnO6 octahedra. The differential potential plot clarifies that the layered structure of nanocrystalline material is well maintained during electrochemical cycling, in contrast to the well-crystalline homologue. From the micro-Raman results, it was found that delithiation-relithiation process for well-crystalline material gives rise to the structural transition from layered to spinel-type structure. On the basis of the present experimental findings, it can be concluded that nanocrystalline nature plays an important role in enhancing the structural stability of layered manganese oxides.

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