俄火山發現全新礦物 有助研發新式充電池
立場新聞 2020/11/19 10:50
托爾巴奇克火山（圖片來源：kuhnmi, CC BY 2.0）小圖：青藍色的 petrovite
火山爆發是地球上其中一種最具破壞性的地殻活動，亦是過去物種大規模滅絕的其中一個原因。不過，火山也會創造新的東西。上月刊於 Mineralogical Magazine 的研究指，在俄羅斯遠東地區堪察加半島（Kamchatka Peninsula）的托爾巴奇克火山 (Tolbachik volcano) 附近發現青藍色的罕見礦物，並將之稱為 petrovite ，其結構可能有助研發新式充電池陰極。
托爾巴奇克火山爆發歷史最早可追溯至數千年前，但近代兩次爆發較為值得注意，分別是 1975–1976 年「大托爾巴奇克裂隙爆發」，以及第二次在 2012–2013 年發生的後續爆發，但當時爆發強度較低。
第一次近代爆發事件中的噴發力破壞了火山複式渣型結構，開闢了新的地形，形成大量火山噴氣孔，科學家更在此發現在其他地方未見過的大約 130 種全新礦產，其中硫酸鹽 petrovite (Na10CaCu2(SO4)8) 就是當地最新發現，當中包括鈉、銅、硫與氧原子。
青藍色的 petrovite
Credit: Filatov, S.K. & et al. (2020).
Petrovite 晶體結構中的銅原子罕見地連接七個氧原子。報告的首席作者、聖彼得堡大學晶體學家 Stanislav Filatov 解釋，類似結構僅在數種化合物出現，當中包括另一種硫酸鹽 saranchinaite (Na2Cu(SO4)2) 。 Saranchinaite 同樣由聖彼得堡大學團隊於托爾巴奇克火山附近找到，其顏色同樣為青藍色，但較淺色。
團隊認為 petrovite 是透過火山氣體直接凝結而成，其形式為藍色的隱晶質 (cryptocrystalline) 包裹著精細的火山碎屑；隱晶質是指礦物晶體顆粒細小、有光性反應的岩石。在化學層面上， petrovite 則是種新型的晶體結構。
值得留意的是， petrovite 的分子框架實際上是多孔的，銅、硫與氧原子形成的通道可使鈉離子在結構中自由移動，有機會用作開發新型的充電池陰極。不過，用以製造新的充電池仍有好一段路要走。 Filatov 指，最大問題是礦物晶體結構中的過渡金屬銅含量太少，只能在在實驗室中通過合成具有相似結構的化合物，將其投入實際使用。
Petrovite 分子框架多孔，銅、硫與氧原子形成的通道可使鈉離子在結構中自由移動。
Credit: Filatov, S.K. & et al. (2020).
來源：
Science Alert, Scientists Discover Exotic New Mineral Forged in The Furnace of a Russian Volcano, 18 November 2020
Science Alert, Scientists Discover Exotic New Mineral Forged in The Furnace of a Russian Volcano, 18 November 2020
報告：
Filatov, S.K., Shablinskii, A.P., Krivovichev, S.V. & et al. (2020). Petrovite, Na10CaCu2(SO4)8, a new fumarolic sulfate from the Great Tolbachik fissure eruption, Kamchatka Peninsula, Russia. Mineralogical Magazine vol 84 issue 5 October 2020, pp.691-698. doi: 10.1180/mgm.2020.53
Filatov, S.K., Shablinskii, A.P., Krivovichev, S.V. & et al. (2020). Petrovite, Na10CaCu2(SO4)8, a new fumarolic sulfate from the Great Tolbachik fissure eruption, Kamchatka Peninsula, Russia. Mineralogical Magazine vol 84 issue 5 October 2020, pp.691-698. doi: 10.1180/mgm.2020.53
文／Alan Chiu