Исследование взаимодействия атомов Co, Mn, Fe с кальцитом методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Адсорбция атомов Co, Mn, Fe на поверхности кальцита в условиях сверхвысокого вакуума, а также взаимодействие сформированных адсорбционных систем с водой исследованы методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Показано, что атомы Mn и Fe на поверхности кальцита образуют твердые растворы CaCO3/Mn(Fe)CO3, в то время как преимущественными соединениями при адсорбции Со являются СоО и Со3О4. При взаимодействии с водой поверхностные соединения Mn и Fe не претерпевают существенных изменений в отличие от оксидов кобальта, которые частично превращаются в растворимые гидроксилированные комплексы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Т. Т. Магкоев

Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН; Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова

Автор, ответственный за переписку.
Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а; 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 44-46

В. Б. Заалишвили

Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а

О. Г. Бурдзиева

Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а

Г. Э. Туаев

Геофизический институт Владикавказского научного центра РАН

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362002, г. Владикавказ, ул. Маркова, 93а

Г. С. Григоркина

Северо-Осетинский государственный университет им. К.Л. Хетагурова

Email: t_magkoev@mail.ru
Россия, 362025, г. Владикавказ, ул. Ватутина, 44-46

Список литературы

  1. Гаcькова О.Л., Букаты М.Б., Шиpоноcова Г.П., Кабанник В.Г. (2009) Теpмодинамичеcкая модель cоpбции двуxвалентныx тяжелыx металлов кальцитом в пpиpодно-теxногенныx обcтановкаx. Геология и Геофизика 50(2), 115–126.
  2. Григоркина Г.С., Рамонова А.Г., Кибизов Д.Д., Fukutani K., Магкоев Т.Т. (2017) Взаимодействие молекул СО, NO и Н2 на поверхности металлооксидной системы Ni/MgO(111). Письма ЖТФ 43(13), 43–50.
  3. Таусон В.Л., Бабкин Д.Н., Пастушкова Т.М., Акимов В.В., Краснощекова Т.С., Липко С.В., Белозерова О.Ю. (2012) Двойственные коэффициенты распределения микроэлементов в системе “минерал–гидротермальный раствор”. II. Золото в магнетите. Геохимия 3, 251–270.
  4. Файзиев А.Р. и Гафуров Ф.Г. (2010) Элементы-примеси в кальцитах Дараипиезского щелочного массива. Геохимия (12), 1339–1344.
  5. Babar P.T., Lokhande A.C., Pawar B.S., Gang M.G., Jo E., Go C., Suryawanshi M.P., Pawarb S.M., Kim J.H. (2018) Electrocatalytic performance evaluation of cobalt hydroxide and cobalt oxide thin films for oxygen evolution reaction. Appl. Surf. Sci. 427(A), 253–259.
  6. Callagon J.E.R., Lee S.S., Eng P.J., Laanait N., Sturchioe N.C., Nagya K.L., Fenter P. (2017) Heteroepitaxial growth of cadmium carbonate at dolomite and calcite surfaces: Mechanisms and rates. Geochim. Cosmochim. Acta 205, 360–380.
  7. Chuang T.J., Brundle C.R., Rice D.W. (1976) Interpretation of the X-ray photoemission spectra of cobalt oxides and cobalt oxide surfaces. Surf. Sci. 59(2), 413–429.
  8. Garrels R.M. and Mackenzie F.T. (1971) Evolution of Sedimentary Rocks. New York: Norton, 397 p.
  9. González-López J., Fernández-González A., Jiménez A., Godelitsas A., Ladas S., Provatas G., Lagogiannis A., Pasias I.N., Nikolaos S. Thomaidis N.S., Prieto M. (2017) Dissolution and sorption processes on the surface of calcite in the presence of high Co2+ concentration. Minerals. 7(23), 1–10.
  10. Grosvenor A.P., Kobe B.A., Biesinger M.C., McIntyre N.S. (2004) Investigation of multiplet splitting of Fe 2p XPS spectra and bonding in iron compounds. Surf. Interface Anal. 36, 1564–1574.
  11. Grigorkina G.S., Ramonova A.G., Kibizov D.D., Kozyrev E.N., Zaalishvili V.B., Fukutani K., Magkoev T.T. (2017) Probing specific oxides as potential supports for metal/oxide model catalysts: MgO(111) polar film. Solid State Commun. 257, 16–19.
  12. Henderson M.A. (2002) The interaction of water with solid surfaces: fundamental aspects revisited. Surf. Sci. Reports. 46, 1–308.
  13. Hochella M.F. and White A.F. (1990) Mineral-Water Interface Geochemistry. Anaheim: American Mineralogical Society, 374 p.
  14. Ilton E.S., Post J.E., Heaney P.J., Ling F.T., Kerisit S.N. (2016) XPS determination of Mn oxidation states in Mn (hydr)oxides. Appl. Surf. Sci. 366, 475–485.
  15. Kornicker, W.A.; Morse, J.W.; Damasceno, R.N. (1985), The chemistry of Co2+ interaction with calcite and aragonite surfaces. Chem. Geol. 53, 229–236.
  16. Lang N.D. (1994) Density-functional studies of metal surfaces and metal-adsorbate systems. Surf. Sci. 299/300, 284–297.
  17. de Leeuw N.H, Parker S.C. (1998) Surface structure and morphology of calcium carbonate polymorphs calcite, aragonite, and vaterite: an atomistic approach. J. Phys. Chem. B. 102, 2914–2922.
  18. Magkoev T.T. (2007) Interaction of carbon monoxide and oxygen at the surface of inverse titania/Au model catalyst. Surf. Sci. 601, 3143–3148.
  19. Magkoev T.T., Christmann K., Moutinho A.M.C., Murata Y. (2002) Alumina vapour condensation on Mo(110) surface and adsorption of copper and gold atoms on the formed oxide layer. Surf. Sci. 515, 538–552.
  20. Moulder J.F., Stickle W.F., Sobol P.E., Bornben K.D. (1992) Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy. Eden Prairie: Perkin-Elmer Corporation, Physical Electronics Division, 261 p.
  21. Peng M., Yin X., Tanner P.A., Liang C., Li P., Zhang Q., Qiu J. (2013) Orderly-layered tetravalent manganese-doped strontium aluminate Sr4Al14O25:Mn4+ J. Am. Ceram. Soc. 96, 2870–2876.
  22. Petitto S.C., Marsh E.M., Carson G.A., Langell M.A. (2008) Cobalt oxide surface chemistry: The interaction of CoO(1 0 0), Co3O4(1 1 0) and Co3O4(1 1 1) with oxygen and water. J. Molec. Catal. A: Chemical. 281, 49–58.
  23. de Poel W., Vaessen S.L., Drnec J., Engwerda A.H.J., Townsend E.R., Pintea S., de Jong A.E.F., Jankowski M., Carlà F., Felici R., Elemans J.A.A.W., van Enckevort W.J.P., Rowan A.E., Vlieg E. (2017) Metal ion-exchange on the muscovite mica surface. Surf. Sci. 665, 56–61.
  24. Reeder R.J. (1983) Carbonates: Mineralogy and Chemistry, Reviews in Mineralogy. Anaheim: American Mineralogical Society, 273 p.
  25. Rusanov A.I. (2005) Surface thermodynamics revisited. Surf. Sci. Reports. 58, 111–239.
  26. Wang S., Zhou G., Ma Y., Gao L., Song R., Jiang G., Lu G. (2016) Molecular dynamics investigation on the adsorption behaviors of H2O, CO2, CH4 and N2 gases on calcite (1 1- 0) surface. Appl. Surf. Sci. 385, 616–621.
  27. Xu M., Riechers S.L., Ilton E.S., Du Y., Kovarik L., Varga T., Arey B.W., Qafoku O., Kerisit S. (2017) Manganese-calcium intermixing facilitates heteroepitaxial growth at the (1014) calcite-water interface. Chem. Geol. 470, 152–163.
  28. Xu M., Ilton E.S., Engelhard M.H., Qafoku O., Felmy A.R., Kevin M. Rosso K.M., Kerisit S. (2015) Heterogeneous growth of cadmium and cobalt carbonate phases at the (1014) calcite surface. Chem. Geol. 397, 24–36
  29. Xu N., Hochella M.F., Jr., Brown G.E., Jr., Parks G.A. (1996) Co (II) sorption at the calcite-water interface: I. X-ray photoelectron spectroscopic study. Geochim. Cosmochim. Acta. 60, 2801–2815.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Обзорный рентгеновский фотоэлектронный спектр очищенного кальцита, свидетельствующий об отсутствии чужеродных примесей.

Скачать (47KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Рентгеновская фотоэлектронная линия O 1s чистого кальцита (спектр 1), кальцита с нанесенными в сверхвысоком вакууме атомами Со при покрытии 0,16 ML (спектр 2) и 0,30 ML (спектр 3). Для последнего случая приведен компонентный анализ линии O 1s, указывающий на формирование оксидов кобальта разной стехиометрии.

Скачать (54KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Рентгеновские фотоэлектронные линии Co 2p3/2 при адсорбции Со на поверхности атомно-чистого кристалла Cu(111) (спектр 1), поверхности кальцита (спектр 2) и после погружения Со/СаСО3 в воду в течение 400 секунд (спектр 3). Покрытие Со составляет 0,30 ML. Спектр 1 можно в хорошем приближении считать соответствующим металлическому Со.

Скачать (69KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Фотоэлектронные линии Mn 2p при адсорбции марганца на поверхности кальцита (спектр 1, Θ=1,2 ML) и Cu(111) (спектр 2, Θ=0,23 ML).

Скачать (98KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Фотоэлектронные спектры Fe 2p для 3 монослоев железа на поверхности кальцита при комнатной температуре (спектр 1) и после отжига при температуре 420 К в течение 20 минут (спектр 2).

Скачать (89KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Зависимости покрытия Со и Mn, нанесенных в сверхвысоком вакууме на поверхности кальцита, от времени контакта с водой.

Скачать (29KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2019