Toda United Indusrial (Zhejiang) Co., Ltd.

оклид железа поверхности

Addtime: 2017/09/06   Read:355  Font size: Large Small

Рассматривается текущее состояние знаний о поверхностях оклид железа, магнетита (Fe3O4), маггемита (γ-Fe2O3), гематита (α-Fe2O3) и wüstite (Fe1-xO). В документе начинается краткое изложение приложений, в которых оклид железа поверхности играют важную роль, включая коррозию, катализ, спинтронику, магнитные наночастицы (MNP), биомедицину, фотоэлектрохимическое разделение воды и восстановление грунтовых вод. Затем кратко представлены объемная структура и свойства; каждое соединение основано на плотно упакованной решетке анионов с различным распределением и окислением катионов Fe в интерстициальных узлах. В химии объемных дефектов преобладают катионные вакансии и междоузлия (не кислородные вакансии), и это дает возможность понять поверхности оклид железа, которые представляют собой линию фронта в процессах восстановления и окисления. Fe диффундирует внутрь и из объема в ответ на химический потенциал O2, образуя иногда сложные промежуточные фазы на поверхности. Например, α-Fe2O3 принимает поверхности, подобные Fe3O4, в восстановительных условиях, и Fe3O4 все еще сохраняет структуры, подобные Fe1-xO. Утверждается, что известные объемные дефектные структуры являются отличной отправной точкой в ​​построении моделей для поверхностей оклид железа.

Основным направлением этого обзора является атомно-масштабная структура поверхностей с низким индексом оклид железа. Fe3O4 является наиболее изученным оклид железа в поверхностных науках, прежде всего потому, что его диапазон устойчивости хорошо соответствует среде сверхвысокого вакуума. Это также электрический проводник, который позволяет легко исследовать наиболее часто используемые методы исследования поверхности, такие как фотоэмиссионная спектроскопия (XPS, ИБП) и сканирующая туннельная микроскопия (STM). Обсуждается влияние поверхностей на измерение объемных свойств, таких как магнетизм, переход Верви и (предсказанная) полуметалличность.

Лучшая понимаемая поверхность оклид железа в настоящее время, вероятно, Fe3O4 (100); структура известна с высокой степенью точности, а основные дефекты и свойства хорошо охарактеризованы. Основным фактором в этом является то, что прекращение на плоскости Feoct-O может быть воспроизводимо подготовлено различными способами при условии, что поверхность будет отожжена в 10-7-10-5 мбар O2 на заключительном этапе подготовки. Такой простой препарат монофазного окончания обычно не имеет места для поверхностей оклид железа. Все имеющиеся данные свидетельствуют о том, что первоначально исследованная (√2 × √2) R45 ° реконструкция является результатом перестройки решетки катионов в самой внешней элементарной ячейке, в которой два октаэдрических катиона заменены одним тетраэдрическим интерстициальным, мотив, известных дефектов Коха-Коэна в Fe1-xO. Дефицит катиона приводит к стехиометрии Fe11O16, которая соответствует химическому потенциалу в сверхвысоком вакууме (UHV), который близок к границе фаз Fe3O4 и Fe2O3.

Поверхность Fe3O4 (111) также изучена, но два разных поверхностных конца имеют близкую по энергии и могут сосуществовать, что затрудняет подготовку проб и интерпретацию данных. Как поверхности Fe3O4 (100), так и Fe3O4 (111) проявляют богатые Fe концы, когда сфера образца уменьшается. Поверхность Fe3O4 (110) образует одномерную (1 × 3) реконструкцию, связанную с нанонасыщением, которая обеспечивает более устойчивую поверхность Fe3O4 (111). α-Fe2O3 (0001) является наиболее изученной поверхностью гематита, но трудности, связанные с подготовкой стехиометрических поверхностей в условиях UHV, затрудняют окончательное определение структуры. Имеются данные о по меньшей мере трех окончаниях: объемное прекращение в плоскости кислорода, завершение с половиной катионного слоя и прекращение с помощью феррильных групп. При уменьшении поверхности образуется так называемая «двухфазная» структура, которая в конечном итоге превращается в окончание Fe3O4 (111). Структура двухфазной поверхности неоднозначна; недавно была опробована широко принятая модель сосуществующих островов Fe1-xO и α-Fe2O3 (0001) и предложена новая структура, основанная на тонкой пленке Fe3O4 (111) на α-Fe2O3 (0001). Обсуждаются достоинства конкурирующих моделей. Поверхность «R-cut» α-Fe2O3 (11¯02) рекомендуется как отличная перспектива для будущих исследований с учетом ее очевидной легкости подготовки и ее распространенности в наноматериалах.

В последних разделах рассмотрена литература по адсорбции на оклид железа. Во-первых, обсуждается адсорбция молекул (H2, H2O, CO, CO2, O2, HCOOH, CH3OH, CCl4, CH3I, C6H6, SO2, H2S, этилбензола, стирола и Alq3), и делается попытка связать эту информацию к реакциям, в которых оклид железа используют в качестве катализатора (сдвиг водного газа, Фишера-Тропша, дегидрирование этилбензола в стирол) или носители катализатора (окисление СО). Описаны известные взаимодействия поверхностей оклид железа с металлами, и показано, что поведение определяется тем, образует ли металл устойчивую тройную фазу с оклид железа. Те, которые этого не делают (например, Au, Pt, Ag, Pd), предпочитают образовывать трехмерные частицы, а остальные (Ni, Co, Mn, Cr, V, Cu, Ti, Zr, Sn, Li, K, Na , Ca, Rb, Cs, Mg, Ca), входящие в состав оксидной решетки. Температурная шкала регистрации включает теплоту образования наиболее стабильного оксида металла. Особые усилия направлены на то, чтобы подчеркнуть механизмы, ответственные за исключительную термическую стабильность изолированных адатомов металла на поверхностях Fe3O4, и обсуждается потенциальное применение этой модельной системы для понимания катализа с одним атомом и субнонального кластерного катализа. Обзор заканчивается кратким резюме, и предлагается перспектива, включая интересные направления будущих исследований.

Эта статья опубликована в выпуске sciencedirect