デラフォサイト
銅鉄酸化物鉱物
デラフォサイト
明るく反射するデラフォサイト微結晶で覆われた母岩上の、ワインレッド色の赤銅鉱結晶
一般
カテゴリー酸化鉱物
化学式CuFeO 2
IMA記号Del [1]
ストルンツ分類4.AB.15
結晶系三方晶系
結晶クラス六角形不等辺面体（3m）
HM記号：（3 2/m）
空間群R 3 m
単位格子a = 3.04、c = 17.12 [Å]; Z = 3
識別
色黒
晶癖板状から等方晶系結晶。ブドウ状殻、球晶状、粉状、塊状
双子出産{0001}に双子を出産
卵割{10 1 1}に不完全卵
粘り強さ脆い
モース硬度5.5
光沢メタリック
筋黒
透明感不透明
比重5.41
光学特性一軸
多色性明瞭；O = 淡い金褐色；E = バラ色
その他の特徴弱い磁性
参考文献[2] [3] [4]

デラフォサイトは、化学式CuFeO 2またはCu 1+ Fe 3+ O 2で表される銅鉄 酸化 物鉱物です。デラフォサイト鉱物群に属し、その一般式はABO 2です。この群は、直線的に配位したA陽イオンのシートが、端を共有する八面体層（BO 6）の間に積み重ねられていることを特徴としています。[5]デラフォサイトは、他のABO 2群の鉱物と同様に、幅広い電気特性を持つことで知られており、その導電性は絶縁性から金属性まで様々です。[5]デラフォサイトは通常、酸化銅と共存して結晶化する二次鉱物であり、一次鉱物として出現することは稀です。[5]

組成

デラフォサイトの化学式はCuFeO 2で、これはGS Bohart [6]によって純粋鉱物の化学分析によって初めて決定されました。彼が決定した比率はCu:Fe:O = 1:1:2に非常に近く、銅よりも鉄がわずかに多かったです。Rogers [6]は、この事実をサンプル中の少量のヘマタイトに起因するものとしました。デラフォサイトの組成を決定するために、RogersはZiervogel法を用いました。Ziervogel法は、酸化第一銅と硫酸銀を混合すると金属銀の薄い薄片が生成される「スパングル反応」を調べることで、酸化第一銅の存在を検査するものです。Rogersが粉末状のデラフォサイトを硫酸銀溶液で加熱すると、スパングル反応が起こりました。デラフォサイトに含まれる可能性のある酸化物は、第一銅と第一鉄のみです。Rogersは、鉄がラジカルとして酸素と結合し、ラジカルとしてのみ作用していると結論付けました。これは、デラフォサイト中の銅が第二銅ではなく第一銅の形態で存在することを示唆していた。したがって、彼はデラフォサイトの組成はおそらく第一銅メタフェライト（CuFe 3+ O 2 ）であると結論付けた。この組成は後にパブストによって結晶格子中のイオン間距離の測定によって確認された。[7]

構造

デラフォサイトおよびデラフォサイト族の原子構造は、直線的に配位したA陽イオンのシートが、稜を共有する八面体層（BO 6）の間に積み重ねられた構造です。デラフォサイトの原子構造には、2つの平面層が交互に存在します。この2つの層は、三角形のパターンを持つA陽イオンの層と、c軸に対して圧縮された稜を共有するBO 6八面体の層で構成されています。デラフォサイト構造は、平面層の積み重ねの方向に応じて2つのポリタイプを持つことができます。2つのA層を互いに180°回転させて積み重ねると、空間群P6 3 /mmcを持つ六方晶系2H型が形成されます。一方、各層を互いに同じ方向に積み重ねると、空間群R 3 mを持つ菱面体晶系3R型が形成されます。[5]

物理的性質

デラフォサイトは黒色で、硬度は 5.5、{10 1 1} 方向に不完全な劈開を示します。[2] Pabst [8]はデラフォサイトの密度を 5.52 と計算しました。{0001} 方向に接触双晶が観測されています。 [2]単位格子パラメータは、a = 3.0351 Å、c = 17.166 Å、V = 136.94 Å 3と計算されました。[9]デラフォサイトは、板状から等次元の形状をしており、黒い条線と金属光沢があります。[6]デラフォサイトは六方対称性を持ち、A カチオン層の積み重ねに応じて空間群R 3 m または P6 3 /mmcを取ることができます。デラフォサイト化合物は、磁性イオンが B カチオンの位置にあるときに磁気特性を持つことがあります。[5]デラフォサイト化合物は、絶縁性や金属伝導性といった電気伝導性にも関わる特性を持つ。デラフォサイト化合物は、その組成に応じてp型またはn型の導電性を示す。[5]

菱面体晶系（3R）、CuFeO 2 の特性：

  • P型半導体、バンドギャップ1.47 eV
  • 7.5 × 10の高い光吸収係数700 nmのバンドギャップ端付近では4  cm −1 。
  • 1.8 × 10 19 cm −3という高いドーピングレベルでも34 cm 2 v −1 s −1という高い正孔移動度。
  • 水環境下での安定性が良好です。

六方晶系（2H）、CuFeO 2 の特性：

  • 純粋な2H CuFeO 2は合成が非常に難しいため、その存在は不明である。[10]

合成

3R CuFeO₂は、固相反応、ゾルゲル法、蒸着法、水熱合成法によって合成されることが多いです

純粋な2H CuFeO 2やその他の2Hデラフォサイト型酸化物は合成が困難である。唯一の純粋な2H CuFeO 2結晶は、厚さ約100 nmの純粋な2H CuFeO 2ナノプレートであり、CuIとFeCl 3 ·6H 2 Oから100℃という低温で合成された。[10]

用途

太陽電池：2H CuFeO 2は1.33 eVのバンドギャップと3.8 × 10の高い吸収係数を持ちます700 nmのバンドギャップ端付近で4  cm −1のエネルギー密度を示した。この光起電力素子は、 ITO / ZnO / 2H CuFeO 2 / グラファイト / カーボンブラックからなる薄膜構造に導入することで光起電力効果を示した。 [10]

その他の用途：CuFeO 2は地球上に豊富に存在する元素から構成され、水性環境下での安定性に優れているため、CO 2の光電気化学的還元、太陽光による水還元、リチウム電池の正極材料として研究されてきた。3R相はある程度の特性評価がなされているが、2H CuFeO 2については、 X線回折とFe 3+のe gおよびt 2g占有率の理論計算のみが利用可能である。[10]

地質学的発生

1873年、デラフォサイトはウラル山脈のエカテリンブルク地方でチャールズ・フリーデルによって発見されました。[11] 発見以来、アリゾナ州ビスビーの銅鉱山などで見られる比較的一般的な鉱物として特定されています。[6]デラフォサイトは通常、銅鉱床の酸化地域でよく見られる二次鉱物ですが、一次鉱物となることもあります。[2] [5]デラフォサイトは、ヘマタイト上に塊状の比較的明瞭な結晶として見られます。[6]デラフォサイトはそれ以来、ドイツからチリまで世界中の鉱山で発見されています。[2]

名前の由来

デラフォサイトは1873年にチャールズ・フリーデルによって初めて発見され、Cu 2 O·Fe 2 O 3という組成が与えられました。[6]この鉱物は、フランスの鉱物学者で結晶学者のガブリエル・デラフォス（1796–1878）に敬意を表してデラフォサイトと名付けられました。 [5]デラフォスは、結晶の対称性と物理的特性の間に密接な関係があることを指摘したことで知られています。[12]

参照

参考文献

  1. ^ Warr, LN (2021). 「IMA–CNMNC承認の鉱物記号」. Mineralogical Magazine . 85 (3): 291– 320. Bibcode :2021MinM…85..291W. doi : 10.1180/mgm.2021.43 . S2CID  235729616
  2. ^ abcde アンソ​​ニー, ジョン・W.; ビドー, リチャード・A.; ブラッド, ケネス・W.; ニコルズ, モンテ・C. 編 (1997). 「デラフォサイト」. 鉱物学ハンドブック(PDF) . 第3巻 (ハロゲン化物、水酸化物、酸化物). バージニア州シャンティリー, 米国: アメリカ鉱物学会. ISBN 0962209724。
  3. ^ デラフォサイト。Mindat.org
  4. ^ デラフォサイト。Webmineral
  5. ^ abcdefgh Marquardt, MA; Ashmore, NA; Cann, DP (2006). 「デラフォサイト構造の結晶化学と電気的特性」. Thin Solid Films . 496 (1): 146– 156. Bibcode :2006TSF...496..146M. doi :10.1016/j.tsf.2005.08.316.
  6. ^ abcdef ロジャース、A. (1913)。 「デラフォサイト、アリゾナ州ビスビー産の白銅メタフェライト」。アメリカ科学ジャーナル。35 (207): 290–294。書誌コード:1913AmJS...35..290R。土井：10.2475/ajs.s4-35.207.290。
  7. ^ Pabst, A. (1946). 「デラフォサイトの構造に関する注記」(PDF) . American Mineralogist . 23 ( 539–546 ).
  8. ^ パブスト、アドルフ (1938). 「デラフォサイトの結晶構造と密度」.アメリカ鉱物学者. 20 : 175–176 .
  9. ^ Shannon, RD; Rogers, DB; Prewitt, CT (1971). 「貴金属酸化物の化学 I. ABO 2デラフォサイト化合物の合成と性質」.無機化学. 10 (4): 713. doi :10.1021/ic50098a011.
  10. ^ abcd Jin, Yi; Chuamanov, George (2016). 「 低温における純粋2H CuFeO 2の溶液合成」. RSC Advances . 6 (31): 26392– 26397. Bibcode :2016RSCAd...626392J. doi :10.1039/C6RA01901C.
  11. ^ Rogers, A. (1922). 「ネバダ州キンバリー産デラフォサイト」(PDF) . American Mineralogist . 7 : 102–104 .
  12. ^ 1839: Gabriel Delafosse et Alfred Des Cloizeaux 2012-04-26 にWayback Machineでアーカイブ。 Institut de Mineralogie et de physique des milieus condensés、2009 年 3 月 19 日。
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