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Materials Chemistry and Physics 142 (2013) 539e544 Contenido disponible en listas ScienceDirect Física y Química Materiales Jo homepag urn a l e s www.elsevier .com/locate/matchemphy Electrodeposición de alto contenido de Co de aleaciones nanocristalinas ZneCo un cloruro de colina de líquidos iónicos Chu Qingwei a , b , Wei Wang , Jun Liang un, * , Jingcheng Hao un, ** Zisheng Zhen c Una clave de estado sólido Laboratorio de lubricación, Lanzhou Instituto de Física Química, Academia China de Ciencias, Lanzhou 730000, PR China B Posgrado de Academia de Ciencias de China, Beijing 100039, PR China C Magontec Xi'an Co. , Ltd. , Xi'an 710021, PR China H i g h l i g h t s Un proceso anómalo de ZneCo codeposition aleaciones se observó en ChCleurea IL. Alto contenido de Co ZneCo aleación fue depositado de alta concentración Co 2þ ChCleurea IL. El alto contenido de Co ZneCo fuerte era denso, homogéneo y nanocrystallized. A r t i c l e i n f o Historial de Artículo: 2013 Enero 31 Recibido en forma revisada 2013 Julio 9 2013 Julio aceptó 29 Keywords: Las aleaciones A b s t r a c t Zincecobalt (ZneCo) las aleaciones se deposita por electrólisis de cloruro de colina de líquidos iónicos que contengan ZnCl 2 y diferentes concentraciones de CoCl 2. Se encontró que el contenido de Co de los depósitos aumentaron con el incremento de la concentración de Co 2 þ en el baño enchapado y la codeposition ZneCo de aleación no era un tipo anómalo, es decir, es más noble metal Co depósito preferentemente con respecto a la tan noble Uno. Composición estructural y análisis reveló que la concentración de Co 2 þ afectaron fuertemente el Morfología y composición química, así como la fase de estructura ZneCo aleaciones. Un alto contenido de Co (Más de 60 wt. % ), densa y homogénea y nanocrystallized ZneCo aleación fue depositado de baño enchapado Recubrimientos Técnicas electroquímicas Microestructura Que contiene una mayor concentración de Co . 2013 Elsevier B. V. Todos los derechos reservados. 1. Introducción La electrodeposición de aleaciones de ZneCo recubrimientos con diferente contenido de Co es de gran interés debido a su mejor mecánica y la corrosión de Zn puro depósitos [ 1e3]. Además, los depósitos ZneCo con mayor contenido de Co puede ser posible tener interesantes propiedades magnéticas ya que el Co tiene una relativamente gran energía magnética como uno de los materiales magnéticos [ 4].Se informó de que el comportamiento de ZneCo codeposition en solución acuosa es proceso anómalo que menos noble Zn depósi- preferentemente con respecto a la más

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Materials Chemistry and Physics 142 (2013) 539e544

Contenido disponible en listas ScienceDirect

Física y Química Materiales

Jo homepag urn a l e s  www.elsevier .com/locate/matchemphy 

Electrodeposición de alto contenido de Co de aleaciones nanocristalinas ZneCo un cloruro de colina de líquidos iónicos

Chu Qingwei a , b , Wei Wang ,Jun Liang un, * , Jingcheng Hao un, ** Zisheng Zhen c

Una clave de estado sólido Laboratorio de lubricación, Lanzhou Instituto de Física Química, Academia China de Ciencias, Lanzhou 730000, PR China

B Posgrado de Academia de Ciencias de China, Beijing 100039, PR China

C Magontec Xi'an Co. , Ltd. , Xi'an 710021, PR China

H i g h l i g h t s

  Un proceso anómalo de ZneCo codeposition aleaciones se observó en ChCleurea IL.

  Alto contenido de Co ZneCo aleación fue depositado de alta  concentración Co 2þ ChCleurea IL.  El alto contenido de Co ZneCo fuerte era denso, homogéneo y nanocrystallized.

A r t i c l e i n f o  

Historial de Artículo:

2013 Enero 31

Recibido en forma revisada

2013 Julio 9

2013 Julio aceptó 29

Keywords:

Las aleaciones

A b s t r a c t  

Zincecobalt (ZneCo) las aleaciones se deposita por electrólisis de cloruro de colina de líquidos iónicos que contenganZnCl2 y diferentes concentraciones de CoCl 2. Se encontró que el contenido de Co de los depósitos

aumentaron con el incremento de la concentración de Co2 þ  en el baño enchapado y la codeposition ZneCo de aleación no era un tipo anómalo, es decir, es más noble metal Co depósito preferentemente con respecto a la tan noble

Uno. Composición estructural y análisis reveló que la concentración de Co2 þ  

afectaron fuertemente elMorfología y composición química, así como la fase de estructura ZneCo aleaciones. Un alto contenido de Co(Más de 60 wt. % ), densa y homogénea y nanocrystallized ZneCo aleación fue depositado de baño enchapado

2ÞRecubrimientos

Técnicas electroquímicas

Microestructura

Que contiene una mayor concentración de Co .   2013 Elsevier B. V. Todos los derechos

reservados.

1. Introducción

La electrodeposición de aleaciones de ZneCo recubrimientos con diferente contenido de Co es de gran interés debido a su mejor mecánica y la corrosión de Zn puro depósitos [ 1e3]. Además, los depósitos ZneCo con mayor contenido de Co puede ser posible tener interesantes propiedades magnéticas ya que el Co tiene una relativamente gran energía magnética como uno de los materiales magnéticos [ 4].Se informó de que el comportamiento de ZneCo codeposition en solución acuosa es proceso anómalo que menos noble Zn depósi- preferentemente con respecto a la más noble Co. debido a que el contenido de Co en los depósitos ZneCo obtenidos de la solución acuosa es muy baja que sólo puede llegar a 6e7 wt.% [5,6 ].Hasta ahora, pocos han sido los trabajos que se han publicado sobre los depósitos de aleación ZneCo con mayor contenido de Co. Lima-Neto et al. [ 7] elaborado Marianske Lazne18Co (18.%

* Autor correspondiente. Tel.: þ86 931 4968381; fax: þ86 931 4968163.

** Autor correspondiente. Tel.: þ86 531 88366074; fax: þ86 88564464 531.

Direcciones de correo electrónico: [email protected] (J. Liang), [email protected]  (J. Hao).

Co) y el recubrimiento de aleación mostraron una mayor resistencia a la corrosión, con una duración de tres veces más largo que el Zn capa sin alear. Lichu sina et al. [ 8] reveló  que la cooperación de las aleaciones ricas ZneCo (ca15E18 wt.% Co) los depósitos mostraron buena apariencia y alta resistencia a la corrosión. La resistencia es comparable a la de cromado ZneCo convencionales recubrimientos con cobalto bajo con- centraciones. Vlad et al. [ 4] obtenido  ZneCo (8e16 at.% Co) gran referen- películas por electrodeposición y exhiben las películas diferentes propiedades magnéticas con el cambio de la microestructura y composiciones, mostrando interés por las aplicaciones potenciales de la espintrónica. La utilización de disolventes orgánicos de baño de sal, como el zinc chlorideedimethylsulfone (ZnCl2eDMSO2 )electro-Lytes con CoCl 2, es un método alternativo para preparar Marianske LazneLas películas con una amplia gama de contenido de Co (de 13 a 96.%) [ 9].Sin embargo, este método es de uso limitado ya que los disolventes orgánicos son costosas y altamente volátiles. Por lo tanto, si es posible método puede ser desarrollado para producir ZneCo depósitos con distintos contenidos, la corrosión y propiedades magnéticas de estas aleaciones se sintoniza en gran medida.

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0254-0584/$ e ver el asunto 2013 Elsevier B. V. Todos los derechos

reservados. http://dx.doi.org/10.1016/j.matchemphys.2013.07.049

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5

Desengrasado NaOH

Na 2

40  20 1 g L g L 160e70 C8e10

Na3 PO4 H 3 PO 4

  (85%)

30 g L  1 200

ml

L  140e45

Na 2MoO4$ 2H

2 ONa4P 2 O7

Na 2 CO 3nano 3HF(40%)

1 g L  1

80  20 1 g L g L 1 30

g L  1 375

ml L  110e15

ZnSO4$ 7H 2

ONa4P 2 O7

Na 2 CO3 NaF

30 g L  1 120

g L  1 6

g L  1

Líquidos iónicos es un líquido fundido que se funden por debajo de 100 C [ 10].La mayoría de los metales se puede depositar en soluciones acuosas que también pueden obtenerse de los líquidos iónicos [ 11] .Cuentan con un gran windows electroquímica (hasta 6 V), alta conductividad iónica, y una buena estabilidad térmica y química [10,12 ].Los líquidos iónicos han conducido a un gran interés en los estudios electroquímicos debido a sus notables propiedades. Abbott et al.  [ 13] presentó  una relativamente nueva clase de líquidos iónicos, eutéctica disolvente (DES), que se basa en las mezclas eutécticas de cloruro de colina (CHCL) con un hidrógeno especie donante. Eutéctica solvente es un poderoso y los posibles medios para la electro deposición de metales revestimientos. Modo de ajuste de deposición y el estado, una serie de metales y aleaciones se han obtenido a partir de los eutécticos de líquidos iónicos, como Zn, ZneNi, Ni, NieCo, NieP, etc. [  14e18]. Hasta ahora, pocos estudios se han reportado en ZneCo codeposition de este tipo de líquidos iónicos.

En este trabajo, ChCl urea/líquidos iónicos con la disolución de ZnCl2 CoCl 2 y se utiliza para depositar la ZneCo aleación. La

reducción electroquímica de Zn2þ  y2þ  en líquidos iónicos se estudia, medianteVoltametr� cï¿ ½lica. Las aleaciones ZneCo a granel por pulso por electrodeposiciï enchapado en sustratos de aleación de magnesio. El

efecto del Co2 þ concentración en baño enchapado de la morfología, composición yEstructura de los depósitos fueron examinados.

2. Experimental

Cloruro de colina (CHCL) [HOC2 H 4N(CH3 ) 3Cl, AR, 99,0 % ], urea [CON 2H 4, AR, 99,0 %] y de cloruro de cinc [ZnCl2, AR, 98,0 %] fueron utilizados como recibido. Cloruro de cobalto [CoCl 2$ 6H 2 O, AR, 99,0 %] fue secado a 120 °C por 24 h en condiciones de vacío. El ChCl de líquidos iónicos se prepara mezclando el ChCl y urea con una relación molar de 1:2 en un vaso de precipitados a 80 °C hasta que la mezcla quede homogénea, líquido incoloro formado.0.11 M ZnCl2 y cinco diferentes niveles de concentración (0,01 M, 0,02 M,0,03 M, 0,04 m y 0,05 M) de secado CoCl 2 a continuación, se sumó a los líquidos, con agitación suave para obtener soluciones azul marino.

Voltametría cíclica se llevó a cabo mediante un RST5200 electro-químicos estación de trabajo. Un sistema de electrodos de disco de platino electrodo de trabajo (1,0 mm de diámetro), un mostrador de zinc electrodo (25 mm, 20 mm) y un electrodo de referencia de zinc. El electrodo de trabajo fue pulido con pasta alúmina 0,3 mm, limpieza ultrasónica en un baño de acetona, enjuagarse con agua destilada y se seca antes de cada medición. El electrodo de referencia se coloca alambre de zinc en un tubo de vidrio poroso que contiene 1 ChCl/ 2urea [ 19] .Todos voltamogramas fueron cíclica-Formado en frecuencias de 50 mV s 1 menores de 80 C.

Granel ZneCo aleaciones pretratados se depositaron en AM60B mag- nesium aleaciones (fracción de masa: Al 5,6 e6.4 %, Mn 0,26 e0.4 %, Zn < 0,2 %, balance Mg). Las aleaciones de magnesio de tamaño36 Mm 20 mm 2 mm fueron primeramente pulido con arena 1000#

Tabla 1

Condiciones de operación y Proceso de electrodeposición de aleaciones

de magnesio. Proceso  Reactivo Químico estado de funcionamiento

Fig. 1. Voltamogramas cíclicos de electrodo Pt disco en 1 ChCl/ 2urea líquidos iónicos conteniendo 0.11 M ZnCl2  þ 0,01 M CoCl 2 (curva I) y 0.11 M ZnCl2  þ 0,05 M CoCl 2 (curva II) en velocidad de escaneo 50 mV s 1  

  de 80 C.

Hasta que un buen papel brillo metálico, y luego lavarse con agua destilada y secado al aire a temperatura ambiente. El proceso se ejecuta de manera secuencial de la siguiente manera: desengrasantes, ácido limpieza, limpieza alcalinos, activación y control zinc inmersión ( Tabla 1 ) [ 15] .Después de cada procedimiento, los sustratos fueron lavadas con agua destilada y se seca. El ánodo es una placa de zinc puro dimensionalmente y todos electrodepositions se llevaron a cabo en un promedioDensidad de corriente de 3,5 mA cm 2   de 2 h con una fuente de alimentaciónCon la frecuencia de 2000 Hz y el ciclo de servicio del 75 %.

Morfologías Superficiales y composiciones químicas de los recubrimientos depositados se analizaron por el JSM-5600LV microscopía electrónica de barrido (SEM) equipado con electrones espectroscop� (EDS. ), Kevex). Fase estructura de los recubrimientos se determinó por Siemens D5000 difracción de rayos X (DRX) con Cu-K una radiación en la 2 q ¼ 30e90 con una velocidad de barrido de 15 /min y un paso de 0,02 . EL JEM-1200EX microscopio electrónico de transmisión (TEM) y área seleccionada difracci� de electrones (SAED) fueron utilizados para

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5Fig. 2. La influencia de Co2 þ  

concentración en ZneCo contenido de Co en los depósitos.

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Fig. 3. Superficie correspondiente y transversal ZneCo microfotografías electrónicas de los depósitos obtenidos a partir de 1 ChCl/ 2urea líquidos iónicos que contienen 0.11 M ZnCl2  y (a, b) 0,01 M CoCl 2, (c, d)

0.03 M CoCl 2, (e, f) 0.04 M CoCl 2, g, h) 0.05 M CoCl 2  CoCl 2  a 80 C.

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5Investigar la microestructura de las detalladas recubrimiento depositado en CoCl 2 alto nivel de concentración.

3. Resultados y discusión

Fig. 1 Muestra los voltamogramas cíclicos de 1 ChCl/2 líquidos iónicos que contienen urea 0.11 M ZnCl2 y  dos concentraciones

diferentes de CoCl 2  (0,01 m y 0,05 M) electrodo de Pt. Para la parte

inferior-Concentración de CO2 þ en baño enchapado, hay dos picos de reducciónLa rama de voltamograma catódico (curva I). El pequeño pico a0,26 V (como se señala en "a") se atribuye a la Co2 þ  a Co proceso de reducción, mientras que la reducción evidente pico de 0,16 V, se puedeAsignado al Zn2þ  a Zn proceso de reducción [ 20] .En la superiorConcentración de CO2 þ  baño enchapado, la reducción máxima de 0,22 V (como "un0 " ) es evidentemente más fuerte y la máxima reducción de Zn2þ

Cambios negativamente de 0,16 V a 0,22 V (curva II). Puede ser postuló que el metal más noble Co los depósitos preferentemente a Zn, que sugiere que los procesos de depósito de Zn y Co no es anómala en este tipo baño enchapado. Este resultado es similar al comportamiento de la deposición de ZneNi 1ChCl/ 2urea líquidos iónicos [ 16] .

Fig. 2 Muestra la relación entre  contenido de Co de los depósitos y Co2 þ  concentración en baño enchapado. Se puede observar que la concentración de Co2 þ  en baño enchapado encarecidamente efectos comprendida la composición de los depósitos. Con la concentración de Co2

þ aumento de0,01 M a 0,02 M, el porcentaje de Co en los depósitos ges- aumenta de 8,24 %

en peso de 16,02 wt. %. El aumento de las concentraciones de Co2 þ  en el baño enchapado (de 0,02 M a0.04 M), sin embargo, nos lleva a aumenta considerablemente de la cooperación porcentaje hasta más del 60% en peso de los depósitos. El contenido de Co en los depósitos, a continuación, permanece casi constante

con la concentración de Co2 þ  aumentoDe 0.04 M a 0.05 M. La composición línea de referencia (CRL), represento al porcentaje de Co en los depósitos es igual a la de la bañera [ 21] ,también se muestra en la Fig. 2Un. Es evidente que el contenido de Co de los depósitos está siempre por encima de la lista. Esto significa que el noble metal Co los depósitos preferentemente en los procesos de depósito y el código de posición de Zn y Co no es anómala en este tipo baño enchapado, confirmó el resultado de CV las pruebas. Esta situación anómala codeposi- es diferente de los anteriores estudios  [5,19,22 ] , quemenos noble metal Zn depositados preferentemente que conduce hacia el contenido de Co de los depósitos difíciles de más de 10 wt. %.

Fig. 3 Muestra la superficie morfologías de grueso ZneCo depósitos en aleación de magnesio obtenidos a partir de 1 ChCl/ 2urea líquidos iónicos conteniendo ZnCl2 0.11 M  y de diferentes

concentraciones de CoCl 2 (0.01 M,0,03 M, 0,04 m y 0,05 M). Como se muestra en la Fig. 3 A,la aleación ZneCoDepositado en el baño enchapado con 0,01 M CoCl 2 está compuesto de cauliflower como nódulos esféricos con diámetro de entre 2 y 8 m. Los nódulos distribuir independientemente uno del otro, dejando la superficie del depósito muy porosas. La morfología transversal muestra que el espesor promedio de los depósitos es alrededor de 14 m m (Fig. 3B). Fig. 3C muestra que una densa ZneCo fuerte con una importante disminución en el tamaño de las partículas esféricas de

2e5  m mse produce cuando la concentración de Co2 þ

Aumenta a 0,03 M. Sin embargo, el espesor del depósito de las

arrugas a 10  m m (Fig. 3 D).Al aumentar la concentración de CoCl2 a  0,04

M, el depósito de aleación ZneCo exhibe una densa y homogénea superficie lisa con nódulos esféricos agrupadas en racimos de diversas dimensiones ( Fig.3E), que es completamente diferente de la ZneCo fuerte con bajo contenido de Co. No en- terstices observadas entre los grupos, lo que indica que un denso depósito puede ser obtenida en esta condición. Cuando la concentración

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5Fig. 4. Difracción de rayos-X de los depósitos ZneCo obtenidos a partir de 1 ChCl/ 2urea líquidos iónicos que contienen 0.11 M ZnCl2 y  (a) 0,01 M CoCl 2, (b) 0.03 M CoCl 2, (c) 0.04 M CoCl 2, d)

0,05 M CoCl 2  a 80 C.

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5

Fig. 5. Micrografía TEM (a) y de la correspondiente SAED (b) de alto contenido de Co ZneCo fuerte.

De Co2 þ continuar aumento ( Fig.3G), no hay ningún cambio importante de morfología de la superficie. El espesor de los depósitos reduce a unos7 M m (Fig. 3F y h). La disminución del espesor de los depósitosCon el aumento de concentración de cobalto baño enchapado es debido a la pérdida de eficiencia actual con mayor cobalto

[ 23] .Por lo tanto, la concentración de Co2 þ  en el ChCl urea/líquidos iónicosInfluye fuertemente la composición de las aleaciones ZneCo y, además influye la morfología de la superficie, así como el grosor. Este resultado es muy similar a la que se observa en la deposición de Nie Co las aleaciones eutécticas de disolvente que la morfología de la superficie y la composición química de los depósitos es considerablemente dependiente

30 N. m. Es normal que hay una ligera diferencia entre los resultados de análisis de Scherrer DRX patrón base y TEM observación [ 10] .El SAED imágenes adjuntas en la Fig.  5B demos- trarse que la ZneCo diffractional muestra círculos indicativo de estructura amorfa. Las manchas brillantes se observó en el revestimiento Marianske Lazne cooperación debido a su cristalización  [25,26 ].Esto es consistente con los resultados de los análisis.

4. Conclusiones

El proceso de deposición ZneCo las aleaciones en el ChCl urea/iónicos

En el Ni2þ  2þ y  concentraciones en los electrolitos [ 17] . Líquido con la disolución de ZnCl2 Y CoCl 2 No es anómaloFig. 4 Muestra  patrones de depósitos ZneCo el magnesio

Aleación de baño enchapado con 0.11 M ZnCl2 y  diferentes concentraciones de CoCl 2. Para el bajo contenido de Co ZneCo fuerte, los difractogramas patrón presentado en la Fig.  4Revela que la postulan se compone de la distorsión hexagonal h -fase de zinc y la bcc estructurales  g -fase de zinc y aleación de cobalto  [ 24] .Pico La difracción de Mg en el patrón es despertado de la magne- sium substrato de aleación. La mayor intensidad se ha detectado en el pico asociado con el plano (330), lo que indica una orientación preferencial de los cristales de la h -fase. Un aumento de la avión (101) yDisminución de la avión (330) pico se observa cuando el Co2 þ

Concentración en el cuarto de baño está aumentado a 0,3 M. con el Co2 þ

Concentración aumenta más de 0,4 M y 0,5 M, hay un ligero cambio en los picos asociados a los planos (101) y (330) en el ángulo superior ( Fig.4C y d), en la que indicaba que la aleación ZneCo enrejado cristalino fue deformado. La intensidad de los picos de difracción los difractogramas de se observa que se bajan con un aumento del contenido de Co en el depósito, y ello sugiere que los componentes amorfos en los depósitos. Además, los picos ampliar cuando el contenido de Co aumenta a más de 60 wt. %. La ampliación de los picos se puede explicar por el grano de los depósitos. De acuerdo con la fórmula de Scherrer, el promedio calculado tamaño de grano del depósito Marianske Lazne Cooperación con alto contenido de Co (64 wt. %) está en torno a 15,6 n. m.Por lo tanto, el Co2 þ  concentraciones baño enchapado en influir en laMicroestructura, composiciones de aleaciones y tamaño de grano de ZneCo depósitos.

TEM observación se llevó a cabo para analizar la estructura de la ZneCo fuerte con alto contenido de Co (64 wt. %) y la microfotografía y la correspondiente área seleccionada difracci� de electrones (SAED) se muestran en la Fig. 5 .Como se desprende de la Fig. 5 Aque el depósito es nano-estructurados con el tamaño del grano varió de 20 a

Tipo, lo que es contrario a la anómala de la deposición en solución acuosa. ZneCo aleaciones con alto contenido de Co se puede depositar con éxito en este baño enchapado. La concentración de2Þ en baño enchapado considerablemente influenciado la microestructura yEl contenido de Co en el ZneCo aleaciones. Una densa y homogénea y nanocrystallized ZneCo aleaciones con alto contenido de Co se obtuvo a partir de los ChCl urea/líquidos iónicos que contienen mayor concentración de2Þ.

Agradecimientos

Este trabajo fue apoyado económicamente por "cien talentos Pro- grama" de Academia de Ciencias de China (J. Liang).

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5 Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544Q. Chu et al. / Materiales química y física 142 (2013) 539 e544 5[ 13]  A.P. Abbott, D. Boothby, G. Capper, D.L. Davies, R.K. Rasheed, J. Am. Chem. Soc.

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