近日，復(fù)旦大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系王梓萌教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外多家科研單位，在活性鐵礦物調(diào)控污染物行為方面取得進(jìn)展。研究成果以“Sulfidation Unlocks Dual Reductive Pathways in Uranium Immobilization by Iron Sulfide”為題，發(fā)表于Environmental Science & Technology。研究揭示，通過(guò)硫化處理調(diào)控鐵硫礦物表面狀態(tài)，可激活其晶格中二價(jià)鐵，形成鐵-硫協(xié)同的“雙通道”電子傳遞機(jī)制，從而顯著提升對(duì)鈾的還原固定能力。

鈾的環(huán)境遷移與毒性高度依賴其氧化態(tài)。在厭氧地下水及沉積物中，鐵硫礦物（如馬基諾礦）通常被視為將可溶六價(jià)鈾還原為不溶四價(jià)鈾的關(guān)鍵天然材料。以往研究多聚焦于硫組分的還原作用，而對(duì)礦物表面動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)修復(fù)過(guò)程的影響機(jī)制認(rèn)識(shí)尚不清晰。

為深入解析該過(guò)程，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了原始態(tài)、部分氧化態(tài)與富硫態(tài)三類馬基諾礦變體，綜合運(yùn)用批次實(shí)驗(yàn)、同步輻射光譜、高分辨電鏡及理論計(jì)算等手段，系統(tǒng)揭示了不同表面化學(xué)狀態(tài)對(duì)鈾還原路徑的影響。

研究結(jié)果表明：

• 原始態(tài)與部分氧化態(tài)礦物主要依賴硫給電子進(jìn)行單一路徑還原；

• 富硫態(tài)礦物因合成過(guò)程中引入過(guò)量硫，形成層間距擴(kuò)大、富含多硫化物及結(jié)構(gòu)缺陷的表面結(jié)構(gòu)，該特殊形貌成功激活了晶格中原本惰性的二價(jià)鐵離子，使其與硫離子共同參與電子轉(zhuǎn)移，形成雙重還原通道。

  
  

團(tuán)隊(duì)通過(guò)X射線光電子能譜直接觀測(cè)到富硫態(tài)礦物表面生成的三價(jià)鐵氧化物，為二價(jià)鐵參與電子傳遞提供了直接證據(jù)。硫化處理猶如打開(kāi)了礦物表面的“電路開(kāi)關(guān)”——在富硫態(tài)礦物中，鐵與硫兩條電子傳遞通道被同時(shí)接通，從而釋放出更強(qiáng)的還原潛能。該研究更新了關(guān)于鐵硫礦物環(huán)境行為的傳統(tǒng)認(rèn)知，闡明礦物表面化學(xué)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)缺陷在調(diào)控污染物地球化學(xué)行為中的關(guān)鍵作用。

研究進(jìn)一步指出，地下環(huán)境中鐵硫礦物的自然轉(zhuǎn)化（如氧化/硫化）可通過(guò)改變電子傳遞機(jī)制，深刻影響鈾等氧化還原敏感性污染物的歸宿與長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這不僅深化了對(duì)鈾生物地球化學(xué)循環(huán)的理解，也為污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與原位修復(fù)技術(shù)的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)提供了新思路：自然界中經(jīng)歷轉(zhuǎn)化的、“不完美”的礦物，可能蘊(yùn)藏著被忽視的環(huán)境修復(fù)潛能。

該工作獲國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金及上海市科委基礎(chǔ)科學(xué)特區(qū)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）王焰新院士、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）董海良教授、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Rizlan Bernier-Latmani教授等共同作者為本研究提供了支持與指導(dǎo)。

論文信息：

標(biāo)題：Sulfidation Unlocks Dual Reductive Pathways in Uranium Immobilization by Iron Sulfide

作者：Enyang Liu, Zezhen Pan, Xingxing Wang, Yu Chen, Shuaidi Wang, Peng Liu, Qiuyao Liu, Bin Feng, Xiaofei Wang, Mingliang Fang, Hailiang Dong, Rizlan Bernier-Latmani, Yanxin Wang, Zimeng Wang

期刊：Environmental Science & Technology

DOI: https://doi.org/10.1021/acs.est.5c18167

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