ESR spectroscopic study on the incorporation of Fe(III) into Li2O-Al2O3-B2O3 glasses

Abstract

The X band ESR spectra at 77 and 300 K of Li₂O-Al₂O₃B₂O₃ glasses investigated comprize four resonances, which can be assigned to Fe³⁺ ions brought into the samples by the raw materials, mainly by alumina. Signals at g' = 3, 2.3, 2.07 are due to Fe³⁺ ions incorporated into an autonomous Fe_xO_y phase or respective cluster-like precursors. The amplitude of the g' ≈ 4.3 signal typical for the Fe³⁺ ion in oxidic glasses corresponds with the Li₂O content of the glasses. This indicates that the Fe(III)/𝚺 Fe ratio is mainly influenced by the ability of the Li⁺ ion to stabilize [FeO_4/2]^- , i.e., four-fold coordinated Fe(III) can only be stabilized if the Li⁺ content of the glasses is sufficiently large.

Die bei 77 und 300 K aufgenommenen X-Band-ESR-Spektren von Li₂O-Al₂O₃B₂O₃-Gläsern weisen vier verschiedene Signale auf. Diese sind Fe³⁺-Ionen zuzuordnen, die über die Rohstoffe, insbesondere über Aluminiumoxid, in die Gläser gelangen. Die beobachteten Signale bei g' = 3; 2,3 und 2,07 sind auf Fe³⁺-Ionen in einer autonomen Fe_xO_y-Phase oder entsprechenden clusterartigen Vorstufen zurückzuführen. Die Amplitude des für das Fe³⁺-Ion in oxidischen Gläsern typischen Signals bei g'≈4,3 korrespondiert mit dem Li₂O-Gehalt der Gläser. Das Fe(III)/𝚺 Fe-Verhältnis wird wesentlich durch die Fähigkeit des Li⁺-Ions, [FeO_4/2]^- zu stabilisieren, beeinflußt, d. h., vierfach koordiniertes Fe(III) tritt nur in Gläsern mit einem hinreichend großen Lithiumgehalt auf.