黄铁矿{100}与{111}晶面的氧化反应差异性

摘要

自然界中,黄铁矿结晶能力强,晶体自形程度较高,主要以立方体、五角十二面体、八面体的单形以及由他们所组成的聚形存在.目前,大部分关于黄铁矿氧化的研究主要以破碎颗粒为研究对象,颗粒被破碎后会暴露许多高能面,增加其表面活性,而难以反映自然界的真实情况.笔者所在课题组曾以天然黄铁矿的不同晶面为研究对象,获得了不同晶面的氧化反应速率的显著差异.然而,天然黄铁矿存在As、Co、Ni、Cu等多种杂质元素,这些杂质元素会影响黄铁矿的体相传导和表面电子结构,进而可能对黄铁矿不同晶面的氧化过程产生影响.为排除杂质元素对黄铁矿不同晶面反应性的影响，本研究采用水热法合成纯相黄铁矿的{100}和{111}单形晶，采用x射线光电子能谱(xps)表征了这两种晶面的氧化反应差异性，并结合xps二维相关谱分析了它们氧化过程中S, Fe, O物种信号的变化差异。结果表明，在氧化过程中，{111}单形晶的氧化速率显著快于{100}单形晶，该结果与天然黄铁矿晶面反应性顺序一致，进一步证实了黄铁矿不同晶面的反应速率受其表面结构控制。所研究的两种单形晶晶面的表面物种变化发生在氧化产物变化之前;而不同晶面的表面轻基和吸附水的变化顺序存在差异主要是由不同晶面结构控制的=Fe(Ⅱ)与=Fe(Ⅲ)的循环转化过程存在差异所致。该成果表明采用杂质含量较低的天然黄铁矿晶面样品进行相关的表/界面反应性研究能够有效地表征黄铁矿不同晶面的本征反应活性。