纳米矿物（含矿物纳米颗粒）广泛分布于地球表层环境中，具有种类多、丰度高、活性强等特点，其成因机制、微观结构、反应活性、地质/地化功能属性及生态环境效应，受到矿物学及相关学科的共同关注。锰（氢）氧化物（MnO_x）是一种普遍存在于地表环境中的纳米矿物，制约着元素氧化还原循环、环境物质迁移转化等重要地质地化过程。MnO_x与铊（Tl）具有很强的亲和力，其形成和转化在Tl的地球化学循环中起着至关重要的作用。近期研究表明，光照是驱动锰（Mn）氧化还原循环的关键非生物因素，然而光照条件下Mn和Tl的耦合循环机制尚不明晰。

针对上述科学问题，国科大博士生导师、中国科学院广州地球化学研究所研究员朱润良团队系统研究了光照条件下硝酸盐溶液中Mn(II)氧化结晶与Tl(I)固定之间的相互影响。研究结果揭示了一个普遍但被忽视的光驱动Mn氧化还原循环过程，具体包括：（1）硝酸盐光解产生的超氧自由基将Mn(II)氧化为水钠锰矿（δ-MnO₂）；（2）δ-MnO₂被表面吸附的Mn(II)还原并转化为六方水锰矿（β-MnOOH）和黑锰矿（Mn₃O₄）；（3）MnOx光还原溶解产生的Mn(II)发生再氧化（图1）。上述过程产生的MnO_x能够通过吸附和共沉淀作用有效去除Tl(I)，同时，Mn(II)的存在抑制了Tl(I)的氧化（图2）。另一方面，Tl(I)通过抑制δ-MnO₂的还原转化来改变氧化产物的组成，进而有利于其自身的固定。

图1 Mn体系（a-c）和Tl/Mn复合体系（d-f）中不同反应时间固体样品TEM图

图2 Tl LIII边（a）XANES谱与（b）k³加权EXAFS谱

图3 Mn氧化还原循环与Tl固定耦合的示意图

该研究首次揭示了光驱动Mn氧化还原循环与Tl固定的耦合过程及机制（图3），有助于我们深入理解自然环境中Mn和Tl的环境地球化学过程，并为修复Mn与其他金属的复合污染提供了新途径。

相关研究成果发表于Nature Index期刊Chemical Communications。国科大博士研究生曹杰龙（培养单位：中国科学院广州地球化学研究所）为第一作者，国科大硕士生导师、中国科学院广州地球化学研究所副研究员陈情泽为通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金（42272045，42225203）、广东省自然科学基金杰出青年项目（2023B1515020006）的资助。

论文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/cc/d5cc05797c