本报讯（记者陈彬）近日，燕山大学黄建宇教授、田永君院士团队利用原位环境扫描/透射电子显微镜技术，首次在原子尺度上实时观测到金属铁在氧气环境中的氧化过程，揭示了铁氧化过程中关键相变路径及原子迁移机制。相关成果近日在线发表于《美国化学会志》。

由于氧化过程发生在纳米尺度甚至原子尺度，其动态演化机制长期难以直接观测，铁氧化过程中氧化物如何形成、相变如何发生、金属原子如何迁移等关键问题一直存在争议。

团队利用先进原位电子显微技术，首次直接捕获了铁氧化从初始阶段到稳定氧化层形成的完整演化过程。研究发现，金属铁氧化首先起始于表面氧吸附过程，并形成初始氧化亚铁氧化层。当氧化亚铁层达到临界厚度后，氧化亚铁到四氧化三铁的相变并非发生在气-固表面，而是在氧化亚铁/铁界面处启动。

进一步研究表明，该界面相变驱动了铁原子持续向表面扩散，使不断增长的四氧化三铁氧化层表面持续形成并保持氧化亚铁层，最终形成氧化亚铁/四氧化三铁/铁三层结构。

这一发现突破了传统观点中“氧化态沿气-固方向逐渐升高”的认识，即氧化铁/四氧化三铁/氧化亚铁/铁结构模型，揭示了铁氧化过程中由界面驱动的反常相变机制，为深入理解金属铁氧化的原子起源和相变演化过程提供了关键实验依据。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1021/jacs.4c05309