重大突破！山東師范大學(xué)，首次以第一單位發(fā)Science

導(dǎo)讀

近日，山東師范大學(xué)化學(xué)化工與材料科學(xué)學(xué)院羅濤教授作為第一作者，山東師范大學(xué)為第一完成單位，在國際頂級學(xué)術(shù)期刊《Science》上發(fā)表研究論文，首次發(fā)現(xiàn)單次凍融循環(huán)即可誘導(dǎo)水鐵礦納米顆粒發(fā)生不可逆聚集，并將其后續(xù)轉(zhuǎn)化路徑由針鐵礦轉(zhuǎn)向赤鐵礦。這是山東師范大學(xué)建校以來首次以第一完成單位在《Science》正刊發(fā)表研究成果，標(biāo)志著學(xué)校化學(xué)學(xué)科在基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域取得歷史性重大突破。

水鐵礦是自然界中普遍存在的納米礦物，直徑僅約5納米，比表面積大、反應(yīng)活性極高，穩(wěn)定性比較差，堪稱鐵礦物世界的“嬰兒”，它既是許多鐵礦物形成前的“前驅(qū)體”，也是吸附重金屬、磷和有機碳的“超級海綿”。但長期以來，科學(xué)界對凍融過程的認(rèn)知停留在“低溫讓反應(yīng)變慢”的層面，認(rèn)為凍結(jié)不過是給礦物反應(yīng)按下了“暫停鍵”。羅濤教授團(tuán)隊的研究徹底顛覆了這一傳統(tǒng)認(rèn)識，他們發(fā)現(xiàn)凍結(jié)本身就是一個主動的“化學(xué)反應(yīng)器”。研究團(tuán)隊利用冷凍透射電鏡、紅外光譜、X射線光電子能譜及動態(tài)光散射等多尺度技術(shù)，首次定量揭示了冰晶間液態(tài)邊界層中納米顆粒的聚集動力學(xué)與界面鍵合機制。也就是說，當(dāng)水結(jié)冰時，冰晶像一雙無形的手，把水鐵礦納米顆粒擠到冰晶之間極薄的液態(tài)邊界層中，那是一個僅有幾十到幾百納米厚的狹小空間，大約比一根頭發(fā)絲細(xì)上千倍。在那里，顆粒經(jīng)歷脫水、壓縮和表面羥基反應(yīng)，形成穩(wěn)定的Fe—O—Fe化學(xué)鍵連接，就像被焊接在一起，再也無法分開。這種由物理限域和化學(xué)鍵合共同驅(qū)動的過程，徹底改變了水鐵礦的“軌跡”，原本容易通過溶解再沉淀形成針鐵礦，現(xiàn)在卻被“掰”到了固相重排形成赤鐵礦的新路上。一次凍融，改變了礦物未來數(shù)月甚至更長時間的演化方向，這就是凍結(jié)的“記憶效應(yīng)”。

這項發(fā)現(xiàn)的意義遠(yuǎn)不止于礦物學(xué)本身。水鐵礦是連接鐵元素生物有效性、重金屬歸宿、磷循環(huán)和有機碳封存的關(guān)鍵界面載體。一次凍融循環(huán)就能給水鐵礦留下長達(dá)數(shù)月的“記憶效應(yīng)”，改變其吸附污染物、固定有機碳的能力。在全球變暖導(dǎo)致凍土退化、冰川消融、凍融頻率和強度加劇的背景下，這一發(fā)現(xiàn)為理解寒區(qū)鐵循環(huán)、碳封存以及污染物遷移提供了全新的理論框架。氣候變化不僅讓凍土融化釋放物質(zhì)，凍結(jié)過程本身也在提前“預(yù)設(shè)”這些礦物載體的命運。

近年來，山東師范大學(xué)化學(xué)學(xué)科在人才生態(tài)建設(shè)方面系統(tǒng)性發(fā)力，始終堅持“基礎(chǔ)研究引領(lǐng)、學(xué)科交叉為翼”的發(fā)展戰(zhàn)略，充分發(fā)揮以含氟功能膜材料全國重點實驗室為核心的學(xué)科平臺群協(xié)同攻關(guān)優(yōu)勢，原創(chuàng)構(gòu)建“看得見、分得清、測得準(zhǔn)”研究范式。羅濤正是學(xué)院近年引進(jìn)并重點培養(yǎng)的青年教師，從海外優(yōu)青申報到設(shè)備采購、經(jīng)費配套，學(xué)校為青年人才沖擊頂尖科學(xué)問題提供了堅實保障。目前，學(xué)科已形成院士領(lǐng)航、國家級人才為骨干、省部級人才為支撐的“金字塔”式人才格局。山東師范大學(xué)化學(xué)學(xué)科將繼續(xù)深耕基礎(chǔ)前沿研究領(lǐng)域，依托現(xiàn)有科研平臺與人才優(yōu)勢，不斷產(chǎn)出更多原創(chuàng)性重大成果，持續(xù)提升學(xué)科國際影響力，為服務(wù)國家“雙碳”戰(zhàn)略、生態(tài)環(huán)境保護(hù)等重大需求貢獻(xiàn)山師力量，推動學(xué)校“沖一流”建設(shè)再上新臺階。

來源：山東師范大學(xué)