Abstract

Synchrotron-radiation X-ray Photoelectron Spectroscopy (SRXPS) and conventional X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) have been used to study a pristine fracture-surface of bornite (Cu5FeS4). Comparisons of these high-resolution spectra reveal, for the first time, four distinct contributions to the S 2p spectra. The main symmetric peak of the S 2p spectra for bornite is located at about 163.51 eV and is derived from bulk S atoms. The broad nature of the bulk contribution, in comparison to other 3d transition-metal sulfides such as chalcopyrite, is consistent with the presence of eight crystallographically distinct S sites within the structure, these sites being energetically as well as structurally distinct. A second peak located at 160.1 eV is attributed to a surface monomeric species (S2−) of lower coordination. The presence of a second broad surface-contribution at 162.1 eV likely represents surface polymeric species (Sn 2−). The presence of surface sulfur polymers indicates the stabilization of the bornite surface upon fracture through formation of S–S bonds. These data suggest that surface polymers form where polar surfaces are exposed during conchoidal fracture. A high binding-energy tail was observed at about 163 eV and extends to about 166 eV, the origin of which is uncertain. Conventional XPS Cu 2p and Fe 2p spectra collected from a pristine fracture-surface of bornite reveal a Cu1+ peak centered at about 932.2 eV and a high-spin Fe3+ peak centered at 708 eV.

Abstract

Nous avons utilisé la spectroscopie photo-électronique des rayons X en rayonnement synchrotron (SRXPS) et la spectroscopie photo-électronique des rayons X conventionnelle (XPS) pour étudier une surface fracturée très fraiche de la bornite (Cu5FeS4). A la suite de comparaisons de ces spectres à résolution élevée, nous démontrons pour la première fois quatre contributions distinctes au spectre de l’atome S 2p. Le pic symétrique principal du spectre de S 2p de la bornite est situé à environ 163.51 eV, et il est dérivé de la masse globale des atomes de S. La nature généralisée de cette contribution globale, par rapport aux autres sulfures de métaux de transition 3d tels la chalcopyrite, concorde avec la présence de huit sites S cristallographiquement distincts dans la structure, tous ces sites étant aussi énergétiquement et structuralement distincts. Un second pic situé à 160.1 eV est attribuable à une espèce de surface monomérique (S2−) ayant une coordinence plus faible. La présence d’une seconde contribution de surface généralisée à 162.1 eV représenterait l’espèce polymérique de surface (Sn 2−). La présence de polymères de soufre de surface indique la stabilisation de la surface de la bornite suite à une fracture par la formation de liaisons S–S. D’après ces données, les polymères de surface semblent se former où les surfaces polaires deviennent exposées lors du développement d’une surface conchoïdale. Un prolongement du spectre indiquant une énergie de liaison élevée est présente à environ 163 eV et atteint environ 166 eV; son origine demeure incertaine. Les spectres conventionnels XPS de Cu 2p et de Fe 2p prélevés à partir d’une surface de fracture très fraiche révèlent un pic de l’atome Cu1+ centré à environ 932.2 eV et un pic dû au Fe3+ à l’état de spin élevé centré à 708 eV.

(Traduit par la Rédaction)

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