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フェリハイドライト（Fh ）は、地球の表面に広く分布する含水鉄酸化物鉱物であり、 [ 6 ] [ 7 ]地球外物質の構成要素である可能性が高い。[ 8 ]淡水から海洋系、帯水層から熱水泉、スケール、土壌、鉱山の影響を受ける地域まで、さまざまな環境で形成される。酸素化された鉄を豊富に含む水溶液から直接沈殿することもあれば、細菌の代謝活動または溶解した鉄の受動的吸着とその後の核形成反応の結果として沈殿することもある。[ 9 ]フェリハイドライトは、多くの生物のフェリチンタンパク質のコアにも存在し、細胞内鉄貯蔵の役割を果たしている。[ 10 ] [ 11 ]
フェリハイドライトは、微細粒で欠陥の多いナノ材料としてのみ存在します。Fhの粉末X線回折パターンは、最も無秩序な状態では2つの散乱バンドを含み、最も結晶性の高い状態では最大6本の強い線を示します。一般に2線フェリハイドライトと6線フェリハイドライトと呼ばれるこれら2つの回折端成分の主な違いは、構成結晶子のサイズです。[ 12 ] [ 13 ] 6線型は、1973年にIMAによって鉱物として分類され[ 14 ]、公称化学式は5Feです。2 O3・9H2 O. [ 15 ]他の提案された式はFe5 HO8・4H2 O [ 16 ]およびFe2 O3 ·2FeO(OH)·2.6H2 O. [ 17 ]しかし、その水分含有量が変化するため、その式は根本的に不確定である。2 線形式は含水酸化鉄(HFO) とも呼ばれる。
Due to the nanoparticulate nature of ferrihydrite, the structure has remained elusive for many years and is still a matter of controversy.[18][19][20] Drits et al., using X-ray diffraction data,[12] proposed in 1993 a multiphase structure model for six-line ferrihydrite with three components: (1) defect-free crystallites (f-phase) with double-hexagonal stacking of oxygen and hydroxyl layers (ABAC sequence) and disordered octahedral Fe occupancies, (2) defective crystallites (d-phase) with a short-range feroxyhite-like (δ-FeOOH) structure, and (3) subordinate ultradisperse hematite (α-Fe2O3). The diffraction model has been confirmed in 2002 by neutron diffraction,[21] and the three components were observed by high-resolution transmission electron microscopy.[22][23][24] A single phase model for both ferrihydrite and hydromaghemite[25] has been proposed by Michel et al.,[26][27] in 2007–2010, based on pair distribution function (PDF) analysis of x-ray total scattering data. The structural model, isostructural with the mineral akdalaite (Al10O14(OH)2), contains 20% tetrahedrally and 80% octahedrally coordinated iron. Manceauet al. showed in 2014[28] that the Drits et al.[12] model reproduces the PDF data as well as the Michel et al.[26] model, and he suggested in 2019[20] that the tetrahedral coordination arises from maghemite and magnetite impurities observed by electron microscopy.[23][29][30]
個々のナノ結晶のサイズが小さいため、Fh はナノ多孔質であり、1 グラムあたり数百平方メートルの大きな表面積をもたらします。[ 31 ]体積に対する表面積の比率が高いことに加えて、Fh はダングリング ボンドや空孔などの局所的または点欠陥の密度も高くなっています。これらの特性により、ヒ素、鉛、リン酸塩、有機分子 (例えば、フミン酸やフルボ酸) など、環境的に重要な多くの化学種を吸着する高い能力がもたらされます。[ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]微量金属やメタロイドとの強力かつ広範な相互作用は、北ドイツや広島の都市用水の製造など、大規模な浄水プラントで産業界に利用され、また、産業排水や飲料水からヒ素を除去するなど、廃水や地下水の浄化に小規模で利用されています。[ 36 ] [ 37 ] [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]そのナノ多孔性と金に対する高い親和性を利用して、0 °C 未満の温度での CO の触媒酸化のために Fh 担持ナノサイズの Au 粒子を作製することができる。[ 41 ]分散した 6 本の線状フェリハイドライトナノ粒子は、安定性を高めるために小胞状態に閉じ込めることができる。[ 42 ]フェリハイドライトの存在は、代謝の老廃物である硫化物を捕捉することにより、特定の微生物、例えばDissulfuribacter thermophilusの増殖を促進することができる。[ 43 ]
フェリハイドライトは準安定鉱物です。凝集に基づく結晶成長により、ヘマタイトやゲータイトなどのより結晶性の高い鉱物の前駆体であることが知られています。[ 44 ] [ 45 ] [ 46 ] [ 47 ] [ 48][49 ]しかし、自然系におけるその変化は、一般的に、表面に吸着した化学的不純物、例えばシリカによって阻害されます。これは、天然のフェリハイドライトのほとんどがシリカ質であるためです。[ 50 ]
グライ土壌のような還元条件下、あるいは酸素が枯渇した深層環境下では、微生物の働きによって、フェリハイドライトは層状複水酸化物（LDH）である緑錆（鉱物フーゲライトとも呼ばれる）に変化することがある。しかし、緑錆は短時間大気中の酸素にさらされるだけでフェリハイドライトに酸化されるため、非常に捉えにくい化合物である。
結晶性が高く、水和度の低いオキシ水酸化鉄としては、以下のようなものがある。