自然界大多数地球化学过程（吸附/脱附、催化/降解、溶解/再结晶等）都是从矿物界面开始的，而矿物界面主要是由纳米矿物和矿物纳微米颗粒提供。另一方面，矿物界面作用也会影响纳米矿物及矿物纳微米颗粒本身的稳定性。水铁矿（Fh）是Fe3+水解首先形成的纳米矿物，热力学上不稳定，易发生转化，其转化过程会影响自然界其他元素、污染物的地球化学循环及铁的生物可利用性。因此，Fh的相转化行为在近几十年来受到了广泛的关注，大量研究表明Fh的相转化过程与环境条件（温度、pH、共存物质等）密切相关。
蒙脱石（Mnt）是自然界与Fh广泛共存的矿物纳微米颗粒，具有大的比表面积，可与土壤中其他共存物质发生广泛的界面相互作用，形成异相团聚体。近日，中国科学院广州地球化学研究所朱润良研究员和博士研究生魏洪燕等选用Fh和Mnt作为典型的NMMNs，分别采用Fh与Mnt复合（Fh-Mnt）及在Mnt表面原位生长Fh（Fh/Mnt）的方式合成不同比例的纳米复合物，通过多种手段（XRD、SEM、TEM、FTIR、DSC、磁化率等）探究了复合体系中Mnt与Fh的界面相互作用及加热过程中不稳定矿物Fh的热转化行为。
研究发现，Fh与Mnt之间的界面相互作用主要包括静电作用、氢键及Si-O-Fe/Al-O-Fe，同时Mnt大的比表面积对Fh团聚体具有良好的分散作用。不同的热反应实验表明Mnt的存在会强烈的抑制Fh的热转化过程（转化速率降低，转化产物粒径减小），同时导致转化过程出现磁性增强阶段。通过高分辨透射电子显微镜观察分析表明，Mnt存在时Fh转化会部分形成磁赤铁矿中间相，进而导致转化过程中磁性增强。该研究工作揭示了矿物界面对自然界NMMNs的形成及保存、元素的地球化学循环、磁性矿物的产生均具有重要意义。
图1 加热前样品的结构表征。Mnt对Fh团聚体具有良好的分散作用，分散作用强弱与二者比例及样品合成方式有关
图2 样品经过不同热处理的XRD图及Fh的转化动力学。Mnt的存在抑制了Fh的相转化过程，抑制作用强弱与二者比例及样品合成方式有关
图3 Fh的热转化机制示意图
相关研究成果近期在American Mineralogist期刊上。该研究获得了国家自然科学基金项目（Nos. 41921003, 41872044, 41902040）、广东省基础与应用基础研究重大项目（No. 2019B030302013）等项目的联合资助。