The structures of iron silicate glasses with varying iron redox ratios from molecular dynamics simulations and EXAFS analysis
The structures of iron silicate glasses with varying iron redox ratios from molecular dynamics simulations and EXAFS analysis
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根据分子动力学模拟和 EXAFS 分析得出具有不同铁氧化还原比的硅酸铁玻璃的结构
DOI：
10.1016/j.jnoncrysol.2023.122713
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发表时间：
2024
影响因子：
3.5
通讯作者：
Du, Jincheng
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Tuheen, Manzila I.;Wilkins, Malin C．Dixon;McCloy, John;Du, Jincheng
氧化铁经常存在于天然和工业玻璃成分中，会影响玻璃及其熔体的各种物理和化学性质。因此，对含铁硅酸盐熔体和玻璃的基本了解具有重要的科学和技术意义。本研究采用分子动力学模拟方法，结合扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)表征，研究了由NaFeSiO4、NaFeSi2O6、NaFeSi3O8和Na5FeSi4O12组成的铁硅酸钠玻璃的结构。这些玻璃的短程和中程结构特征支持Fe2+和Fe3+离子分别起网络改进剂和网络形成者的作用，其中Fe的氧化态在玻璃网络的聚合中起着重要作用。这些模拟结果与最新测量的室温EXAFS谱符合得很好。模拟的玻璃结构也与成分相同但氧化还原比不同的熔体结构进行了比较。阳离子的平均配位数受熔体温度和铁氧化还原比的影响。
Iron oxides are frequently found in natural and industrial glass compositions and can affect various physical and chemical properties of the glasses and their melts. Thus, a fundamental understanding of iron-bearing silicate melts and glasses is of both scientific and technological importance. This study investigates the structures of sodium iron silicate glasses with compositions of NaFeSiO4, NaFeSi2O6, NaFeSi3O8, and Na5FeSi4O12using molecular dynamics simulations in combination with Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) characterizations. Short and medium range structural features of these glasses support that ferrous (Fe2+) and ferric (Fe3+) ions play the roles of network modifier and network former, respectively, with the Fe oxidation states playing an important role in the polymerization of the glass network. These simulation results agree well with newly measured room temperature EXAFS spectra. The simulated glass structures were also compared to the melts structures with the same composition but different redox ratios. The average coordination numbers of the cations were found to be affected both by the melt temperature and iron redox ratio.
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