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【科研新进展】(183)资环学院贾汉忠教授团队在锑的环境地球化学研究方面取得新进展

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近日,资环学院贾汉忠教授团队在锑的环境地球化学研究方面取得重要进展,在《Inorganic Chemistry》等发表题为“An Atomic-Scale Understanding of the Solution Chemistry of Antimony(V):Insights from First-Principles Molecular Dynamics Simulation” 的研究论文。资环学院张弛副教授为第一作者;硕士研究生刘丽斌、本科生陈雪瑶参与有关工作。

锑(Sb)在工业和科技领域具有重要的用途,我国作为世界上锑矿储量和开采量最大的国家,面临日益严重的锑污染。然而,关于锑在土壤和水体中的环境行为与地球化学过程还缺乏原子层面的认识,其中最关键的问题之一就是锑的微观结构、存在形态以及在天然矿物的界面的络合反应机制,对这些基础信息的理解有助于认识锑的地球化学循环和环境风险。

Sb(V)的微观形态与在黏土矿物界面的络合特征示意图_副本.pngSb(V)的微观形态与在黏土矿物界面的络合特征示意图

该系列研究采用第一性原理分子动力学模拟技术,获得了Sb(V)的水化结构、水解特征及与常见阳离子的络合机制,发现Sb(V)主要存在形式为[Sb(OH)6]-,且[Sb(OH)6]-和Al3+结合最为紧密,其次为Mg2+,说明环境中Al3+能有效减弱锑的迁移和生物有效性。在此基础上,课题组进一步探索了Sb(V)在蒙脱石界面的微观络合机理,发现Sb(V)在层间区域以及端面形成的络合物的稳定性都要强于在溶液中,不同pH环境下Sb(V)在端面的络合位点与结构不同。这些基础数据和定量化机制能为基于实验研究的表面络合模型(SCM)提供更精确的输入参数,有助于更精确地预测锑在表生地球环境中的归趋。该研究为深入认识锑的环境地球化学过程奠定了可靠的理论基础,有助于精确地评估锑污染土壤的环境风险和危害,也为开发高效的环境矿物学材料提供了理论借鉴。

该研究得到国家、学校有关项目资助和学校高性能计算平台的支持。

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.inorgchem.0c02162


编辑:王学锋

终审:徐海