Структура РФЭС магнетита

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучена сложная структура рентгеновских фотоэлектронных спектров (РФЭС) валентных и остовных электронов геологического образца магнетита (Fe₃O₄, Свердловская область, Россия), содержащего ионы Fe²⁺ и Fe³⁺ и примеси (Mg, Al, Si, Ti и др.). Показано, что РФЭС магнетита отражают суперпозицию спектров ионов Fe²⁺ (3d⁶) и Fe³⁺ (3d⁵) в высокоспиновых состояниях. Оценены энергии связи остовных Fe 3p-, 3s- и 2p-электронов различных ионов железа. Экспериментальный спектр Fe 3s-электронов магнетита состоит из двух дублетов c расщеплением 5.2 (Fe²⁺) и 6.5 (Fe³⁺) эВ. Эти величины согласуются с результатами теоретических расчетов для атома железа, выполненных методом взаимодействия конфигураций конечных состояний: 4.0 эВ для Fe²⁺(3d⁶) и 6.8 эВ для 3d⁵ (Fe³⁺).

Full Text

Restricted Access

About the authors

К. И. Маслаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, Химический факультет, Ленинские горы, 1, Москва, 199991; пл. Курчатова, 1, Москва, 123182

Ю. A. Тетерин

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, Химический факультет, Ленинские горы, 1, Москва, 199991; пл. Курчатова, 1, Москва, 123182

A. В. Сафонов

Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

В. Г. Яржемский

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»; Институт общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, пл. Курчатова, 1, Москва, 123182; Ленинский пр., 31, Москва, 119991

A. Ю. Тетерин

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»

Author for correspondence.
Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, пл. Курчатова, 1, Москва, 123182

Г. Д. Артемьев

Институт физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина Российской академии наук

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, Ленинский пр., 31, корп. 4, Москва, 119071

И. И. Зиньковская

Объединенный институт ядерных исследований

Email: antonxray@yandex.ru
Russian Federation, ул. Жолио Кюри, 6, Дубна, Московская обл., 141980

References

  1. McBeth J.M., Lloyd J.R., Law G.T.W., Livens F.R., Burke I.T., Morris K. Redox Interactions of Technetium with Iron-Bearing Minerals // Miner. Mag. 2011. V. 75. № 4. P. 2419–2430. https://doi.org/10.1180/minmag.2011.075.4.2419
  2. Duff M.C., Coughlin J.U., Hunter D.B. Uranium Co-precipitation with Iron Oxide Minerals // Geochim. Cosmochim. Acta. 2002. V. 66. № 20. P. 3533–3547. https://doi.org/10.1016/S0016- 7037(02)00953-5
  3. Das D., Sureshkumar M., Koley S., Mithal N., Pillai C. Sorption of Uranium on Magnetite Nanoparticles // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2010. V. 285. № 3. P. 447–454. https://doi. org/10.1007/s10967-010-0627-0
  4. Lukens W.W., Saslow S.A. Facile Incorporation of Technetium into Magnetite, Magnesioferrite, and Hematite by Formation of Ferrous Nitrate in situ: Precursors to Iron Oxide Nuclear Waste Forms // Dalton Trans. 2018. V. 47. № 30. P. 10229–10239. https://doi.org/10.1039/c8dt01356j
  5. Smith F.N., Um W., Taylor C.D., Kim D.S., Schweiger M.J., Kruger A.A. Computational Investigation of Technetium (IV) Incorporation into Inverse Spinels: Magnetite (Fe3O4) and Trevorite (NiFe2O4) // Environ. Sci. Technol. 2016. V. 50. № 10. P. 5216–5224. https://doi. org/10.1021/acs.est.6b00200
  6. Сафонов А.В., Андрющенко Н.Д., Иванов П.В., Болдырев К.А., Бабич Т.Л., Герман К.Э., За- харова Е.В. Биогенные факторы иммобили- зации радионуклидов на песчаных породах верхних водоносных горизонтов // Радио- химия. 2019. Т. 61. № 1. С. 63–71. https://doi. org/10.1134/S0033831119010106
  7. Boguslavsky A.E., Gaskova O.L., Naymushina O.S., Popova N.M., Safonov A.V. Environmental Monitoring of Low-Level Radioactive Waste Disposal in Electrochemical Plant Facilities in Zelenogorsk, Russia // Appl. Geochem. 2020. V. 119. Р. 104598. https://doi.org/10.1016/j. apgeochem.2020.104598
  8. Safonov A.V., Boguslavsky A.E., Gaskova O.L., Boldyrev K.A., Shvartseva O.S., Khvashchevs- kaya A.A., Popova, N.M. Biogeochemical Mode- lling of Uranium Immobilization and Aquifer Remediation Strategies near NCCP Sludge Storage Facilities // Appl. Sci. 2021. V. 11. № 6. Р. 2875. https://doi.org/10.3390/app11062875
  9. Mills P., Sullivan J.L. A Study of the Core Level Electrons in Iron and Its Three Oxides by Means of X-Ray Photoelectron Spectroscopy // J. Phys. D: Appl. Phys. 1983. V. 16. P. 723–732. https:// doi.org/10.1088/0022-3727/16/5/005
  10. Zimmermann R., Steiner P., Claessen R., Reinert F., Hufner S., Blaha P., Dufek P. Electronic Structure of 3d-Transition-Metal Oxides: on-site Coulomb Repulsion Versus Covalency // J. Phys.: Condens. Matter. 1999. V. 11. P. 1657–1682. https://doi.org/10.1088/0953-8984/11/7/002
  11. Miedemaa P.S., Borgatti F., Offi F., Panaccione G., de Groota F.M.F. Iron 1s X-Ray Photoemission of Fe2O3 // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2015. V. 203. P. 8–13. https://doi.org/10.1016/j. elspec.2015.05.003
  12. Bagus P.S., Nelin C.J., Brundle C.R., Crist B.V., Lahiri N., Rosso K.M. Combined Multiplet Theory and Experiment for the Fe 2p and 3p XPS of FeO and Fe2O3 // J. Chem. Phys. 2021. V. 154.
  13. Р. 094709. https://doi.org/10.1063/5.0039765.13. Тетерин Ю.А., Перфильев Ю.Д., Маслаков К.И., Яржемский В.Г., Тетерин А.Ю., Ива- нов К.Е., Дедушенко С.К. Структура спектров РФЭС K2FeO4 // ЖСХ. 2022. Т. 63. № 10. Р. 99693. https://doi.org/10.29902/JSC_id99693
  14. Van der Heide H., Hemmel R., Van Bruggen C.F., Haas C. X-Ray Photoelectron Spectra of 3d Transition Metal Pyrites // J. Solid State Chem. 1980. V. 33. P. 17–25. https://doi. org/10.1016/0022-4596(80)90543-5
  15. Wendin G. Breakdown of One-Electron Pictures in Photoelectron Spectra // Struct. Bond. 1981. V. 45. P. 1–125. https://doi.org/10.1007/ BFb0111504
  16. Яржемский В.Г., Тетерин Ю.А., Пресняков И.А., Маслаков К.И., Тетерин А.Ю., Ива- нов К.Е. Многоэлектронные эффекты в Co3s рентгеновских фотоэлектронных спектрах диамагнитного ScCoO3 и парамагнитно- го BiCoO3 кобальтитов // Письма в ЖЭТФ. 2020. Т. 111. № 8. С. 487–493. https://doi. org/10.31857/S1234567820080030
  17. Pavlov S.S., Dmitriev A.Y., Frontasyeva M.V. Automation System for Neutron Activation Analysis at the Reactor IBR-2, Frank Laboratory of Neutron Physics, Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia // J. Radioanal. Nucl. Chem. 2016. V. 309. P. 27–38. https://doi. org/10.1007/s10967-016-4864-8
  18. Shirley D.A. High-Resolution X-Ray Photo- emission Spectrum of the Valence Bands of Gold // Phys. Rev. B. 1972. V. 5. P. 4709–4714. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.5.4709
  19. Панов А.П. Пакет программ обработки спек- тров SPRO и язык программирования SL: Препринт. М.: Ин-т атом. энергии, ИАЭ- 6019/15, 1997. 31 с.
  20. Sosulnikov M.I., Teterin Yu.A. X-Ray Photoelectron Studies of Ca, Sr and Ba and Their Oxides and Carbonates // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 1992. V. 59. P. 111–126. https:// doi.org/10.1016/0368-2048(92)85002-O
  21. Нефедов В.И. Рентгеноэлектронная спектро- скопия химических соединений (справоч- ник). М.: Химия, 1984. 256 с.
  22. Grosvenor A.P., Kobe B.A., Biesinger M.C., McIntyre N.S. Investigation of Multiplet Splitting of Fe 2p XPS Spectra and Bonding in Iron Compounds // Surf. Interface Anal. 2004. V. 36. P. 1564–1574. https://doi.org/10.1002/sia.1984
  23. Descostes M., Mercier F., Thromat N., Beaucaire C., Gautier-Soyer M. Use of XPS in the Determination of Chemical Environment and Oxidation State of Iron and Sulfur Samples: Constitution of a Data Basis in Binding Energies for Fe and S Reference Compounds and Applications to the Evidence of Surface Species of an Oxidized Pyrite in a Carbonate Medium // Appl. Surf. Sci. 2000. V. 165. P. 288–302. https:// doi.org/10.1016/S0169-4332(00)00443-8
  24. Van Vleck J.H. The Dirac Vector Model in Complex Spectra // Phys. Rev. 1934. V. 45. № 5. P. 405–419. https://doi.org/10.1103/ PhysRev.45.405
  25. Yarzhemsky V.G., Teterin Yu.A. Satellite Excitations and Final State Interactions in Atomic Photoionization // Atoms. 2022. V. 10. № 3. P. 73 (13 p). https://doi.org/10.3390/atoms10030073
  26. Huang K.N., Aojogi M., Chen M.N., Graseman B., Mark H. Neutral-atom Electron Binding Energies from Relaxed-Orbital Relativistic Hartree-Fock- Slater Calculations 2 ≤ Z ≤ 106 // Atom. Data Nucl. Data Tables. 1976. V. 18. P. 243–291. https://doi.org/10.1016/0092-640X(76)90027-9
  27. Band I.M., Kharitonov Yu.I., Trzhaskovskaya M.B. Photoionization cross Sections and Photoelectron Angular Distributions for x-Ray Line Energies in the Range 0.132–4.509 keV Targets: 1 ≤ Z ≤ 100 // Atom Data Nucl. Data Tables. 1979. V. 23. P. 443–505. https://doi. org/10.1016/0092-640X(79)90027-5
  28. Kochur A.G., Ivanova T.M., Shchukarev A.V., Linko R.V., Sidorov A.A., Kiskin M.A., Novotortsev V.M., Eremenko I.L. X-Ray Photoelectron Fe3s and Fe3p Spectra of Polynuclear Trimethylacetate Iron Complexes // J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 2010. V. 180. № 1–3. P. 21–26. https://doi.org/10.1016/j.elspec.2010.03.011
  29. Водяницкий Ю.Н. Природные и техногенные соединения тяжелых металлов в почвах // Почвоведение. 2014. Т. 4. С.420–432. https:// doi.org/10.7868/S0032180X14040108
  30. Sasaki S. Radial Distribution of Electron Density in Magnetite, Fe3O4 // Acta Crystallogr. Sect. B. 1997. V. B53. P. 762–766. https://doi. org/10.1107/S0108768197007842
  31. Jahanbagloo J.C., Zoltai T. The Crystal Structure of a Hexagonal Al-Serpentine // Am. Mineral. 1968. V. 53. P. 14–24.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences