活性炭诱导Fe、Fe2O3与Fe3O4中氧空位调控的XPS解析：表面缺陷工程与催化性能优化

本文通过X射线光电子能谱（XPS）系统研究活性炭（AC）对铁基材料（Fe、Fe2O3、Fe3O4）氧空位形成与晶格氧稳定的调控机制。研究发现AC可显著增强Fe与Fe2O3的氧空位浓度，而促进Fe3O4晶格结构稳定化，为设计高性能催化与环境修复材料提供了关键表面化学依据。

　　

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Experimental Part

本研究通过分析O1s光电子能谱，探究了不同比例活性炭（AC）掺杂的Fe、Fe(III)和Fe(II,III)氧化物复合材料中晶格氧、氧阴离子及吸附氧的化学状态。后续分析中，我们使用Fe-AC、Fe₂O₃-AC和Fe₃O₄-AC分别代表铁/活性碳、三氧化二铁/活性碳和四氧化三铁/活性碳复合材料，其中AC添加比例分别为10%、15%、20%和25%。

Results and Discussions

Fe-AC、Fe₂O₃-AC和Fe₃O₄-AC的O1s能谱如图3所示，显示出不同的化学物种特征。通过高斯-洛伦兹函数对谱图进行解卷积，可清晰分离出重叠峰对应的三个组分：晶格氧（O^2–）、缺陷相关氧物种（O^1?）和化学吸附氧物种（O^chem）。这三个对称的高斯-洛伦兹峰对应不同的结合能，揭示了AC对氧化学态的显著调控作用。

Conclusions

总之，结合O1s与C1s能谱分析，全面揭示了AC改性铁基体系中的缺陷化学机制。数据表明，活性碳可作为氧空位形成的调节剂：在Fe中增强表面氧化，在Fe₂O₃中促进氧缺陷形成，而在Fe₃O₄中则有助于晶格氧的稳定。这些差异行为突显了材料类型和AC浓度在调控氧相关功能中的重要性，为设计高性能催化与环境材料提供了理论基础。