14、铁氧化物与钛酸锶单晶结构转变研究

铁氧化物与钛酸锶单晶结构转变研究

1. 铁氧化物的研究

1.1 铁氧化物概述

铁作为多价金属，能形成三种氧化物：FeO、Fe₂O₃和Fe₃O₄。不同氧化物中铁的价态不同，电子结构有差异，催化效果也不同。基于Fe₂O₃和Fe₃O₄的氧化还原活性，有人提出利用其进行储氢，相关反应如下：
- (Fe₃O₄ + 4H₂ \longrightarrow 3Fe + 4H₂O)
- (3Fe + 4H₂O \longrightarrow Fe₃O₄ + 4H₂)

铁和铁氧化物价格便宜且环保，在常温常压下稳定，易于处理，以水为燃料，车辆碰撞时无爆炸风险。含有Mo⁺⁶和Zr⁺⁴阳离子的铁氧化物能通过氧化还原反应多次形成氢气，而无促进剂的铁氧化物很快会失活。添加Zr⁺⁴能在低温下增强铁金属与水蒸气氧化生成氢气的能力，但这些促进剂在铁氧化物形成中的作用尚不明确。

1.2 实验方法

• 样品合成 ：采用溶胶 - 凝胶法合成样品。以硝酸铁（Fe(NO₃)₃·9H₂O）、ZrOCl₂·8H₂O和(NH₄)₆Mo₇O₂₄·4H₂O为金属源。将0.05M的硝酸铁水溶液与金属盐（M = Zr, Mo）混合或磁力搅拌，加入1M的柠檬酸溶液（(\sum Mn^+) : Ac = 0.85），加热至70°C，用氢氧化铵调节pH至6.5 - 7，持续搅拌至形成凝胶，凝胶在70°C干燥24小时，样品先在300°C加热60分钟，再在500°C空气中烧结3小时。Zr或Mo物种的添加量为所有金属阳离子的5mol%。
• 氧化还原反应 ：使用固定床常规气流系统，将铁氧化物样