环境磁学

 当我们去旅游时,江西是红色之旅的重要省份。江西被称为红土地,一方面它是我国著名的革命老区,另外一方面该省地表大面积分布着外观为红色的土壤(称为红壤),红色的由来与红壤中含有的赤铁矿有关。近几年媒体报道的有人在黄河郑州段泥沙中非法淘铁,利用磁铁吸取的黑砂,则含有大量的磁铁矿。在我们的周围,上述与铁有关的物质不胜枚举,之所以如此,是因为铁是地壳中丰度第四的元素,它在环境中广泛存在。以磁铁矿、磁赤铁矿、赤铁矿、磁黄铁矿、胶黄铁矿等为代表的含铁的氧化物、硫化物,从磁学的观点,属于磁性较强的亚铁磁性物质以及具有高矫顽力的反铁磁性物质,可以较为容易地被磁学方法加以检测,因此地球科学工作者就把采集到的湖泊、海洋、河流沉积物以及土壤、岩石、大气悬浮颗粒物等物质,在野外或实验室内人为施加以磁场,观察这些物质表现出的宏观磁学性质,获得这些物质中所含的磁性矿物的类型、含量和颗粒大小等信息。样品的磁学特征一定程度上反映了物质来源、搬运过程、岩石风化成土过程、成岩作用、人类活动等综合信息,因而具有环境指示意义。环境磁学即是一门以磁性测量为核心手段、磁性矿物为载体,通过分析物质的磁性矿物组合和特征,以揭示不同时空尺度的环境作用、环境过程和环境问题的边缘学科。     

C,igahertz longitudinal acoustic phonons originating from ultrafast ligand field transitions in hematite thin films

The creation and propagation of longitudinal acoustic phonons （LAPs） in high quality hematite thin films （α-Fe203） epitaxially grown on different substrates （BaTiO3, SrTiO3, and LaAlO3） are investigated using the femtosecond pump- probe technique. Transient reflection measurements （AR/R） indicate the photo-excited electron dynamics, and the initial decay less than 1 ps and the slow decay of -500 ps are attributed to the electron-LO phonon coupling and electron-hole nonradiative recombination, respectively. LAPs in α-Fe2O3 film can be created by ultrafast excitation of the ligand field state, such as the ligand field transitions under 800-nm excitation as well as the ligand to metal charge-transfer with 400- nm excitation. The strain modulations of the sound velocity and the out-of-plane elastic properties are demonstrated in α-Fe2O3 film on different substrates.     

赤铁矿和三羟铝石吸附Cu~(2+)的红外光谱研究

应用红外光谱法,研究了不同pH值和Cu2+浓度条件下,合成赤铁矿和三羟铝石吸附Cu2+后表面羟基结构及其特征吸收峰的变化。结果表明:(1)随Cu2+浓度增加,赤铁矿表面H—O—H和OH的变形振动参与了吸附反应,Cu2+强烈地缔结在Fe—O上,形成了Fe—O—(Cu)结构。(2)酸性条件下,H+破坏了赤铁矿表面的O—H结构,NO3-促使弱峰1 131 cm-1的产生。随pH值增大,赤铁矿表面OH-逐渐由伸缩振动转变为变形振动,Fe—OH和Fe3+—O2-结构不断发生改变。(3)三羟铝石对Cu2+的吸附发生在高波位,随Cu2+浓度增大,其表面游离羟基的O—H弯曲振动、水分子的OH-伸缩振动和H—O—H弯曲振动均参与了吸附反应,Al—O基中的Al3+渐被Cu2+取代从而加强了较低波位的振动强度。(4)随pH值增加,三羟铝石Al—OH的弯曲振动和Al—O的伸缩振动逐渐发生着改变,表明吸附Cu2+后,在其表面形成了AlOCu+与AlOCuOH结构。     

FT-IR、XPS和DFT研究乙酰氧肟酸钠在针铁矿或赤铁矿表面的吸附机理

采用FT-IR、X射线光电子能谱以及基于周期平面波的DFT方法分别研究了乙酰氧肟酸钠(aHA)在针铁矿或赤铁矿表面上的吸附结构,并将计算得到的光电子能谱移动和电荷转移实验得到的XPS结果进行对比.红外结果显示aHA可能以五元环螯合物形式吸附于针铁矿或赤铁矿表面,DFT计算结果表明aHA中氧肟酸基团的两个氧原子与针铁矿(101)或(100)表面上的一个铁原子形成五元环结构,同时氧肟酸基团中的两个氧还相应的与针铁矿表面邻近两个铁原子成键,但氧肟酸基团中的两个氧原子却只与赤铁矿(001)表面上的一个铁原子形成五元环结构.对于针铁矿(101)、(100)和赤铁矿(001)表面上吸附位点对应的铁原子,计算得到的光电子能谱移动与实验得到的光电子能谱移动基本相等,说明了计算结果的可靠性和所得吸附结构的合理性.     

高钙飞灰的矿物学组成及微区特征研究

对小龙潭电厂飞灰及不同密度级的分选灰的矿物学和颗粒微区特征进行了详细研究,高钙飞灰中的含钙矿物主要包括石灰,硬石膏,钙黄长石,镁黄长石和氢氧钙石;同时含有少量斜硅钙石,方解石,钙铁石,陨硫钙石,钙铁榴石和钙铝榴石;不同密度级分选灰矿物组成和微区特征差异很大.石英、莫来石主要存在于低密度级飞灰;石灰、硬石膏在漂珠中明显富集;斜硅钙石和钙铝榴石主要存在于沉珠中;含铁矿物赤铁矿,磁铁矿以及钙铁石在重灰和沉珠中的含量明显高于漂珠和轻质灰.     

300℃,500bar时MH缓冲组合在HCI水溶液中的溶解度研究

本文于300℃,500 bar时,用金袋式热液设备测定了MH(磁铁矿+赤铁矿)缓冲组合在HCl水溶液中的溶解度。计算了热水溶液中离子的活度,并用岭回归和叠代的方法处理实验数据,与多种可能的Fe存在形式模型拟合。结果表明,实验溶液中的Fe主要成FeOH~+存在。求得MH组合溶解反应的平衡常数K=57.161。计算了△G_(f.FeOH~+)~0=-260.3 kJ/mol.300℃时,在地质上可能的pH和氯化物浓度条件下,热液中的Fe主要成羟络合物存在。     

漫反射光谱在“老挝石”颜色成因上的应用

近来,一种产自老挝的新型印章石(俗称“老挝石”)涌进国内市场,对我国印章石市场造成一定影响,“老挝石”的研究尚处于起步阶段,对其颜色成因的研究更为缺乏。采用漫反射光谱(DRS)结合X射线粉晶衍射(XRD)、红外光谱(FTIR)、X射线荧光光谱(EDXRF)等测试对红色“老挝石”的矿物成分和致色机理进行深入研究。结果显示,“老挝石”的主要矿物成分为地开石,并含有少量高岭石,化学成分中的Fe含量和“老挝石”红色色调呈正相关关系,即颜色越深Fe的含量越高。铁质矿物呈微晶集合体浸染分布于地开石的颗粒间,由于其含量低、粒度细小,常规的微区测试方法无法确认其种属。相比之下,漫反射光谱对微晶铁矿物的鉴定十分有效,对可见光波段漫反射光谱处理得到导数等,在土壤沉积物中已经被用来定量测定针铁矿和赤铁矿。该研究中“老挝石”基体与土壤沉积物均为粘土矿物,可以用漫反射光谱来判定“老挝石”中铁矿物种属。漫反射光谱一阶导数法显示,其谱峰位于565～570 nm,由此确认铁矿物的种属为赤铁矿。微晶赤铁矿分布于“老挝石”矿物颗粒间,使样品产生红色,赤铁矿含量越高,红色调越深。     

α-Fe_2O_3光阳极光电化学分解水的研究进展与挑战

近年来,光电化学分解水制氢(PEC)技术为未来的能源需求提供了一个清洁、可再生的途径.赤铁矿(α-Fe_2O_3)因其带隙小(～2.1 eV)、无毒、存储量大以及光电化学稳定等优点而受到广泛关注.然而,导电性差、空穴扩散长度短(2～4 nm)、表面水氧化动力学缓慢、激发态寿命短(10×10~(-12) sec)等缺点,极大地限制了Fe_2O_3光阳极的光转换效率.我们回顾了赤铁矿光阳极用于PEC水氧化的研究进展,主要集中在促进Fe_2O_3光阳极表面的水氧化反应,体相的电荷分离和迁移以及提高光吸收能力.最后,对Fe_2O_3光阳极面临的挑战和未来的发展进行了展望.     

古代陶衣的微区拉曼光谱与电子探针线扫描分析

利用微区拉曼光谱与扫描电镜配置的电子探针等技术,分析了两块陶器样品的陶衣.拉曼光谱的分析结果表明,黑色陶衣的主要显色物质为炭黑,红色陶衣的显色物质为赤铁矿.电子探针线扫描分析的结果表明,红色陶衣中铁的含量明显高于内部坯体.陶器样品剖面的微区拉曼光谱分析可有效地避免样品表面其他掺杂原子的影响.     

Synthesis of Monodisperse α-Fe2O3 Particles in Short Periods

Asanimportantmaterialusedformagnetic,pigment,catalysis,gas-sensitiveandmedicalimagingapplications,monodispersehematite(a-Fe2O3)particleshaveattractedmoreattentionsinrecentyears1,2.Althoughvariousmorphologica-Fe2O3particleshavebeensynthesizedbyforcedhydrolysisprocess3,4,inwhichthepropertiesofa-Fe2O3particlesvaryconsiderablywithalargenumberofsynthesisparameterssuchaspH,theconcentrationofreactants,thecoexistentanionsetc.,thereisalackofmethodforpreparingmonodispersea-Fe2O3particlesinshortperiod…