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Role of Water in Phase Transformations and Crystallization of Ferrihydrite and Hematite

  • The oxides, hydroxides, and oxo-hydroxides of iron belong to the most abundant materials on earth. They also feature a wide range of practical applications. In many environments, they can undergo facile phase transformations and crystallization processes. Water appears to play a critical role in many of these processes. Despite numerous attempts, the role of water has not been fully revealed yet. We present a new approach to study the influence of water in the crystallization and phase transformations of iron oxides. The approach employs model-type iron oxide films that comprise a defined homogeneous nanostructure. The films are exposed to air containing different amounts of water reaching up to pressures of 10 bar. Ex situ analysis via scanning electron microscopy, Transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, and X-ray diffraction is combined with operando near-ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy to follow water-induced changes in hematite ndThe oxides, hydroxides, and oxo-hydroxides of iron belong to the most abundant materials on earth. They also feature a wide range of practical applications. In many environments, they can undergo facile phase transformations and crystallization processes. Water appears to play a critical role in many of these processes. Despite numerous attempts, the role of water has not been fully revealed yet. We present a new approach to study the influence of water in the crystallization and phase transformations of iron oxides. The approach employs model-type iron oxide films that comprise a defined homogeneous nanostructure. The films are exposed to air containing different amounts of water reaching up to pressures of 10 bar. Ex situ analysis via scanning electron microscopy, Transmission electron microscopy, selected area electron diffraction, and X-ray diffraction is combined with operando near-ambient pressure X-ray photoelectron spectroscopy to follow water-induced changes in hematite nd ferrihydrite. Water proves to be critical for the nucleation of ematite domains in ferrihydrite, the resulting crystallite orientation, and the underlying crystallization mechanism.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:A. Arinchtein, R. Schnack, K. Kraffert, Jörg RadnikORCiD, P. Dietrich, René SachseORCiD, R. Krähnert
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):ACS Applied Materials and Interface
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:6 Materialchemie
6 Materialchemie / 6.1 Oberflächen- und Dünnschichtanalyse
6 Materialchemie / 6.7 Materialsynthese und Design
Verlag:ACS Publication
Jahrgang/Band:12
Erste Seite:38714
Letzte Seite:38722
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Ingenieurwissenschaften / Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Freie Schlagwörter:Ferrihydrite; Hematite; High pressure; Iron oxide; NAP-XPS; Water
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Material
Material / Nano
DOI:10.1021/acsami.0c05253
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei im Netzwerk der BAM verfügbar ("Closed Access")
Datum der Freischaltung:14.09.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:14.09.2020
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