还原态含铁粘土矿物在被氧气氧化的过程中（活化分子氧过程）能够产生具有强氧化活性的氧化产物如羟基自由基(HO•)，高价铁[Fe(IV)]。这些氧化产物具有极高的氧化还原电位，能够氧化自然界中的绝大多数有机质，因此该过程具有十分重要的环境及地球化学意义。但是环境中广泛存在的铁螯合剂对于该过程的影响目前尚不明确。
针对上述科学问题，我校“极端环境生物地球化学循环”求真研究群体曾强博士在董海良教授指导下，选取了四种常见的人工合成及天然的螯合剂：磷酸盐，三聚磷酸盐(TPP)，氨三乙酸(NTA)，乙二胺四乙酸(EDTA)，研究它们对一种典型的含铁蒙脱石类矿物绿脱石在其结构Fe(II)氧化过程中氧化产物产生的影响。研究取得创新性认识如下：
1、四种螯合剂均能够极大程度地促进氧化产物的产量，但是促进的机制各不相同。NTA与EDTA的加入能够促进粘土矿物结构Fe(II)的小部分溶解，并与释放至溶液中的结构铁形成配位体NTA-Fe²⁺与EDTA-Fe²⁺。当暴露在氧化条件下时，这些配位体能够迅速地通过均相芬顿的反应机制氧化，形成NTA-Fe³⁺与EDTA-Fe³⁺，然后再次通过电子传递被绿脱石中的结构Fe(II)迅速地还原成NTA-Fe²⁺与EDTA-Fe²⁺ （图1A）。随着NTA与EDTA浓度的增加，这种通过液相中均相芬顿反应消耗绿脱石中结构Fe(II)的电子的途径，逐渐超过了结构Fe(II)直接被氧气氧化的途径（既非均相氧化途径）。由于NTA-Fe²⁺与EDTA-Fe²⁺的氧化速率较快，在氧化过程中这些配位体在溶液中维持了较低的浓度，因此减小了氧化产物的自猝灭效应或是被过度的溶解态Fe²⁺所捕获，以及减小了芬顿反应过程中的非自由基产生途径，这些效应都促进了氧化产物产量的增加 （图1A）。
2、磷酸根通过吸附于绿脱石的表面，从而改变了其表面催化性质，使得产生的氧化产物的性质由氧化性较弱的Fe(IV)向HO•转化（图1B）。TPP既能通过吸附在绿脱石表面改变其催化性质，又能促进矿物溶解与螯合溶液态的Fe2+，通过非均相与均相的机制一起增加氧化产物的产量 （图1B）。
该结果帮助我们了解自然界中常见螯合剂影响还原态粘土矿物活化分子氧的多因素机制，更有利于我们阐释与氧化物相关的物质转化过程。

图1 螯合剂加入影响绿脱石结构Fe(II)活化分子氧过程中的电子传递途径及氧化产物产生
上述研究成果发表在地球化学国际权威刊物 《Geochimica et Cosmochimica Acta》上：Zeng Q, Dong H, Wang X. Effect of ligands on the production of oxidants from oxygenation of reduced Fe-bearing clay mineral nontronite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2019, 251: 136-156. [IF2017=4.690]
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2019.02.032

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