Effect of Impurities on the Redox Properties of Goethite

针铁矿 氧化还原 杂质 化学 环境化学 无机化学 有机化学 吸附
作者
Drew E. Latta,Sebastian T. Mergelsberg,Duo Song,Eric J. Bylaska,Michelle M. Scherer,Bryanna Popejoy,Sarah A. Saslow,Jeffrey G. Catalano,Eugene S. Ilton
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (16): 8167-8176 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c13480
摘要

Iron oxide minerals regulate the flux of electrons in the environment and are important hosts for trace and minor, yet critical, elements. Here, we present the first evidence of a direct link between the local coordination environments of Ni and Zn and the redox properties of their host phase goethite (α-FeOOH), the most abundant Fe(III) (oxyhydr)oxide at Earth's surface. We used aqueous redox measurements to show that the redox potential EH0, and hence the mineral's stability, follows the order: pure goethite ≥ Zn-goethite > Ni-goethite. Parallel X-ray absorption and scattering measurements demonstrate, using quantum-informed analysis, that the local coordination environment of the smaller impurity, Ni, causes more bulk strain energy than Zn, which nearly accounts for the difference in EH0 between Ni- and Zn-goethite. Our theory-informed, experimental study reveals how two common impurities affect the stability of goethite with implications for the biogeochemical reactivity of Fe(III) (oxyhydr)oxide in mediating elemental and electron fluxes in the environment.
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