La nucléation de la magnétite analysée grâce à la spectroscopie Raman

Communiqué de presse INSU
Cristaux de magnétite d’origine indéterminée.
© Cyril FRESILLON/CBM/CNRS Photothèque
Omniprésente dans l’Univers, la magnétite est un minéral et/ou biominéral possédant des propriétés physicochimiques extraordinaires. Etudiée depuis longtemps, sa formation reste sujette à débat au sein de la communauté scientifique. Plusieurs chemins réactifs sont envisagés, la coprécipitation (2Fe3+ + Fe2+ 8OH-  Fe3O4 + 4H2O) par chimie douce et/ou hydrothermale étant la méthode la plus étudiée expérimentalement et la plus exploitée industriellement. Toutefois, les premières étapes de ce processus, la nucléation notamment, sont encore très mal connues.

L’utilisation de la spectroscopie Raman en temps réel a permis à une équipe de chercheurs d’acquérir de nouvelles connaissances sur le mécanisme et la cinétique de formation de la magnétite en milieu aqueux. Ils ont réalisé deux types d’expériences : une première au cours de laquelle une solution riche en fer a été versée dans une solution aqueuse alcaline (pH = 14), et une seconde au cours de laquelle une solution alcaline a été versée dans une solution riche en fer (pH compris entre 1 et 14).

Les chercheurs ont constaté que la magnétite précipitait directement en milieu alcalin, c’est-à-dire sans présence de phases transitoires. En revanche, elle précipite par un processus indirect compatible avec la nucléation dite non-classique lorsqu’elle est placée dans un milieu riche en fer. Contrairement au carbonates et phosphates, des phases amorphes n’ont pas été détectées et/ou sondées par spectroscopie Raman. Cette étude réaffirme que la spectroscopie Raman est une technique performante et complémentaire aux techniques existantes dédiées/utilisées pour étudier la nucléation de cristaux (voir aussi références 1-3).

Résumé graphique de l’étude illustrant les spectres Raman acquis en fonction du temps et les mécanisme réactionnels déterminés et/ou obtenus.

Image FESEM : Nanocristaux de magnétite produit expérimentalement par nucléation directe. © German Montes Hernandez

Références

German Montes Hernandez, Nathaniel Findling et François Renard. : Direct and Indirect Nucleation of Magnetite Nanoparticles from Solution Revealed by Time-Resolved Raman Spectroscopy, Crystal Growth & Design, 2021. DOI

Contact scientifique

– German Montes-Hernandez, ISTerre

Article initialement publié par l’INSU.