近地表环境（例如水体、土壤、沉积物）中广泛分布的水铁矿是Fe3+水解最先生成的铁氧化物矿物，具有纳米尺寸（2-6 nm）、丰富的表面羟基及大的比表面积（>300 m2/g），是重要的地质吸附剂及催化剂，影响着近地表营养元素及有害元素的迁移及归驱。
水铁矿结果不稳定，易转化为其他热力学更加稳定的铁氧化物（例如赤铁矿和针铁矿）。由于水铁矿与稳定的铁氧化物在颗粒尺寸、比表面积、表面羟基含量等物理化学性质存在显著差异，水铁矿的物相转化影响着吸附在其表面及固定在其结构中元素的迁移及循环。因此，近年来水铁矿物相转化引起广泛关注。
共存物质对水铁矿转化具有显著影响。自然界中广泛分布纳米尺寸的物质，其通常具有强表面反应性及不同的物理化学特征，当与天然矿物（例如水铁矿）共存时，可能会显著影响矿物的物理化学性质及相转化行为。
近期，中国科学院广州地球化学研究所朱润良研究员、陈情泽副研究员及博士生闫丽霞以典型的纳米物质（氧化石墨烯、富勒醇、蒙脱石）为代表，探究环境共存纳米物质对水铁矿物相转化的影响（图1、2）。
图1. 碳纳米物质对水铁矿物相转化影响机理图
图2. 蒙脱石对水铁矿物相转化影响机理图
取得了以下重要认识：
（1）碳纳米物质通过分散或促进水铁矿聚集影响其物相转化过程；
（2）片层状氧化石墨烯分散水铁矿，抑制水铁矿的物相转化；
（3）球状富勒烯促进水铁矿聚集，显著加速水铁矿转化为赤铁矿，并改变产物赤铁矿的形貌及颗粒尺寸；
（4）典型黏土矿物蒙脱石在高温条件下通过物理阻隔及形成Fe-O-Si/Al等作用，抑制水铁矿转化为赤铁矿，且产物赤铁矿的颗粒粒径显著减小。
本研究揭示了典型纳米物质对水铁矿转化的影响，有助于理解自然界中铁氧化物的物相转化、元素的迁移及铁氧化物分布规律。
该研究成果分别发表于国际期刊ACS Earth and Space Chemistry和Applied Clay Science。本研究得到国家自然科学基金（41872044、41902040），中国科学院青年创新促进会（2020347），中科院创新交叉团队（JCTD-2019-15），广东省科技规划（2020B1212060055）等的资助。
论文信息：
1. Lixia Yan, Runliang Zhu*, Jing Liu, Yixuan Yang, Jianxi Zhu, Hongjuan Sun, Hongping He; Effects of fullerol and graphene oxide on the phase transformation of two-line ferrihydrite. ACS Earth and Space Chemistry 2020, 4, 335-344. 链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsearthspacechem.9b00261
2. Lixia Yan, Qingze Chen*, Yixuan Yang, Runliang Zhu; The significant role of montmorillonite on the formation of hematite nanoparticles from ferrihydrite under heat treatment. Applied Clay Science 2021, 202, 105962 链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169131720305275?via%3Dihub