💡这项突破是什么?
矿物-水界面反应是所有地球化学过程的核心。通过对矿物-水界面的物理化学性质及其反应性研究可以为解决地球化学、环境化学等领域的重大科学问题提供直接证据。
近期，中国科学院广州地球化学研究所何宏平团队的鲜海洋博士、朱建喜研究员等，采用微区、微束分析手段并结合计算模拟技术，对黄铁矿-水界面物理化学性质及其反应性开展了研究，揭示了黄铁矿-水界面反应的微观机理和结构本质，所获得的新认识不仅为早期地球活性氧的产生、铁硫循环以及矿山酸性废水（AMD）形成等重要地球化学和环境问题提供新观点和新证据，还为黄铁矿光伏应用中开路电位低的难题提供了新的解决策略。相关认识如下：
黄铁矿氧化反应是硫、铁元素发生化学价态转变，进而实现元素地球化学循环的重要环节，同时也是矿山酸性废水的主要形成机制。因此，深入了解黄铁矿的氧化过程和机理可为我们认识全球硫循环以及环境风险评估和治理提供基础数据和理论指导。
该团队从黄铁矿晶面结构与反应性之间相互联系、相互制约的角度出发，采用基于第一性原理的密度泛函理论计算和表面探测实验相结合的方法，详细对比了黄铁矿典型单形晶体表面结构与晶面反应性差异（图1）。通过对黄铁矿不同晶面氧化行为的精确测定和对比，发现了黄铁矿表面氧化-还原反应的晶面差异性：黄铁矿{111}与{210}晶面的初始氧化反应速率明显高于{100}晶面；在低湿度条件下{210}晶面的反应速率高于{111}晶面，但在高湿度条件下则表现出相反的反应速率。这些反应性差异是由于不同晶面的结构对氧化反应的灵敏程度不同所致，{111}晶面对氧化反应具有最高的结构灵敏度，而相对惰性的{100}晶面反应速率仅是{111}和{210}晶面反应速率的10-2—10-3。黄铁矿典型晶面间较大的反应性差异可以合理解释多年来困扰黄铁矿氧化速率测定值偏差大的问题。基于此，确立了全新的黄铁矿表面氧化电子传递路径模式（图2），提出了黄铁矿氧化机理的新观点：在黄铁矿-水界面电子传递过程中，水同时作为催化剂和反应物，是控制黄铁矿氧化反应速率的核心物质。该认识对于地球化学反应速率和机理的认识提供了新的视角，也为AMD这一具体环境问题的解决提供了理论支撑。同时，这一发现为传统表面矿物学向更为精确细致的“晶面矿物学”发展带来了启示。
