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    氧化鐵表面

    時間:2018-05-31 瀏覽:987次
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      回顧了目前關于氧化鐵,磁鐵礦(Fe3O4),磁赤鐵礦(γ-Fe2O3),赤鐵礦(α-Fe2O3)和鎢鐵礦(Fe1-xO)表面的知識現狀。本文首先介紹了氧化鐵表面發揮重要作用的應用,包括腐蝕,催化,自旋電子學,磁性納米顆粒(MNPs),生物醫學,光電化學水分解和地下水修復。然后簡要介紹散裝結構和性質;每種化合物都是基于緊密堆積的陰離子晶格,在間隙位置中Fe陽離子的分布和氧化狀態不同。散裝缺陷化學主要由陽離子空位和間隙(而不是氧空位)所主導,這提供了理解氧化鐵表面的背景,氧化鐵表面代表還原和氧化過程的前沿。 Fe響應于O2化學勢而擴散進入和離開本體,在表面形成有時復雜的中間相。例如,α-Fe2O3在還原條件下采用Fe3O4樣表面,Fe3O4在還原條件下還采用Fe1-xO樣結構。有人認為,已知的體積缺陷結構是構建氧化鐵表面模型的出發點。

      氧化鐵低折射率表面的原子尺度結構是本次審查的重點。 Fe3O4是表面科學中研究最多的氧化鐵,主要是因為其穩定性范圍很好地對應于超高真空環境。它也是一個電導體,這使得直接研究最常用的表面科學方法,如光電子發射光譜(XPS,UPS)和掃描隧道顯微鏡(STM)。討論了表面對磁性,Verwey過渡和(預測)半金屬度等體積性質測量的影響。

      目前最了解的氧化鐵表面可能是Fe3O4(100);該結構以高精度已知,并且主要缺陷和性能被良好表征。一個主要的因素是,Feoct-O平面上的終端可以通過各種方法重復制備,只要表面在制備的最后階段在10-7-10-5毫巴O2中退火即可。單相端接的這種簡單的制備通常不是氧化鐵表面的情況。所有現有證據表明,在最外層單元電池中陽離子晶格的重新排列得到研究(√2×√2)R45°重建,其中兩個八面體陽離子由一個四面體間隙代替,在Fe1-xO中已知的Koch-Cohen缺陷。陽離子缺陷導致Fe11O16化學計量,這與超高真空(UHV)中的化學勢相一致,其接近于Fe 3 O 4和Fe 2 O 3相之間的邊界。

      Fe3O4(111)表面也受到很多研究,但是兩個不同的表面終端存在于能量接近并且可以共存,這使得樣品制備和數據解釋有些棘手。當樣品邊緣變小時,Fe3O4(100)和Fe3O4(111)表面均表現出富鐵終止。 Fe3O4(110)表面形成與納米孔連接的一維(1×3)重建,其暴露出更穩定的Fe 3 O 4(111)表面。 α-Fe2O3(0001)是研究最多的赤鐵礦表面,但在UHV條件下制備化學計量曲面的困難阻礙了結構的確定性。有證據表明至少有三個終端:氧平面上的塊狀終止,陽離子層的一半終止,和具有鐵基的終止。當表面減小時,形成所謂的“雙相”結構,最終轉變為Fe 3 O 4(111)樣終止。雙相表面的結構是有爭議的;近來,一個被廣泛接受的Fe1-xO和α-Fe2O3(0001)島共存模型受到挑戰,提出了一種基于α-Fe2O3(0001)上的Fe3O4(111)薄膜的新結構。討論競爭模型的優點。推薦使用α-Fe2O3(11ˉ02)“R切割”表面作為未來研究的良好前景,因為其易于制備及其在納米材料中的流行性。

      在后面的部分,回顧了關于氧化鐵吸附的文獻。首先,討論了分子(H 2,H 2 O,CO,CO 2,O 2,HCOOH,CH 3 OH,CCl 4,CH 3 I,C 6 H 6,SO 2,H 2 S,乙苯,苯乙烯和Alq 3)的吸附,使用氧化鐵作為催化劑的反應(水煤氣變換,費 - 托,乙苯脫氫為苯乙烯)或催化劑載體(CO氧化)。描述了氧化鐵表面與金屬的已知相互作用,并且顯示出行為由金屬與氧化鐵形成穩定的三元相來確定。 (Ni,Co,Mn,Cr,V,Cu,Ti,Zr,Sn,Li,K,Na)中的那些(例如Au,Pt,Ag,Pd)優選形成三維粒子,Ca,Rb,Cs,Mg,Ca)摻入氧化物晶格內。摻入溫度隨著最穩定金屬氧化物形成的熱量而變化。特別努力強調在Fe3O4表面上分離金屬吸附原子的非常熱穩定性的機理,并討論了該模型系統理解單原子催化和亞納米簇催化的潛在應用。審查結束于一個簡要的總結,并提供了一個觀點,包括未來研究的激動人心的線。


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