J. Phys. France 49, 949-957 (1988)
DOI: 10.1051/jphys:01988004906094900

Two-dimensional protonic diffusion in a hydrogen-bonded compound CsOH . H2O, studied by solid state NMR

J. Gallier¹, B. Toudic¹, M. Stahn², R.E. Lechner² et H. Dachs<sup>2

1</sup>  Groupe de Physique Cristalline, UA au CNRS 040804, Université de Rennes I, Campus de Beaulieu, 35042 Rennes Cedex, France
²  Hahn-Meitner-Institut, Bereich Kemchemie und Reaktor, Glienicker Strasse 100, 1000 Berlin 39, F.R.G.

Abstract
NMR study of polycrystalline caesium hydroxide monohydrate CsH3O 2 shows a fast protonic diffusion in its high temperature phases. From a direct measurement, the diffusion constant is D = 1.2 x 10-5 exp (-1700/T [K]) cm2 s-1. 1H relaxation data and 2H spectrum indicate a strong 2-d character for this diffusion which is shown to be of Grotthus-type : it takes place through threefold H3O+ rotations combined with H jumps along O-O. Two dimensionality comes from the layered structure and the diffusion mechanism.

Résumé
L'étude par R.M.N. du césium hydroxide monohydrate CsH3O 2 polycristallin révèle une diffusion protonique rapide dans ses phases hautes températures. Par mesure directe, la constante de diffusion est trouvée D = 1.2 × 10-5 exp(-1700/T[K]) cm2.s-1. Les données de relaxation du proton et le spectre de deutérium indiquent un fort caractère 2-d pour cette diffusion que l'on montre être de type Grotthus : elle a lieu par des rotations d'ordre trois de l'entité H3O + combinées avec des sauts du proton le long de l'axe O-O. Le caractère bidimensionel résulte de la structure en couches et du mécanisme de diffusion.

PACS
6630H - Self-diffusion and ionic conduction in nonmetals.
7660E - Relaxation effects.

Key words
caesium compounds -- hydrogen bonds -- proton magnetic resonance -- self diffusion in solids