在厌氧环境中，磁铁矿与游离态Fe(II)的相互作用对环境污染物具有强还原活性。在自然界中，磁铁矿结构中的Fe²⁺和Fe³⁺常被一些金属元素类质同像置换。已有研究发现，部分类质同像置换显著改变磁铁矿的化学组成和表面物理化学性质，很可能影响磁铁矿与Fe(II)的相互作用及其耦合体系的还原活能。 

　　近期，广州地化所矿物表面物理化学学科组的博士生李瑛和梁晓亮副研究员，与美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校Joseph W. Stucki教授、Yuji Arai副教授，香港理工大学朱威教授等开展合作，通过系统研究类质同像置换对磁铁矿的晶体化学特征和表面物化性质的影响，以及耦合体系对土壤和底泥中常见环境物质（如：硝基苯和Cr(VI)等）的还原过程，深入研究类质同像置换对磁铁矿与Fe(II)耦合体系还原性能的制约机制。获得如下新认识： 

　　（1）在典型金属元素类质同像置换中，Co、Mn、Zn和Mg显著提高耦合体系的还原活性，Cr和Al降低耦合体系的还原活性； 

　　（2）置换离子通过改变磁铁矿的表面位密度和电导率，控制耦合体系的还原性能； 

　　（3）Co、Mn、Zn同时提高磁铁矿的表面位密度和电导率，Mg提高磁铁矿的表面位密度，这与置换阳离子在其结构中的价态和占位有关； 

　　（4）Cr(VI)还原过程中生成的Cr(III)通过络合作用，表面沉淀以及类质同像置换在磁铁矿表面固定。 

　　上述认识有助于深刻理解在厌氧条件下磁铁矿与Fe(II)耦合作用对硝基苯类化合物和Cr(VI)等重金属的还原机制。相关成果发表于ACS Earth and Space Chemistry，Science of the Total Environment，Journal of Colloid and Interface Science等国际SCI期刊上。该研究得到国家自然科学基金面上项目“磁铁矿与Fe(II)的相互作用及其对环境污染物的还原性能研究”和国家外专局/中国科学院“矿物结构与表面物理化学”创新国际团队项目的资助。 

　　Ying Li, Gaoling Wei, Xiaoliang Liang*, Caihua Zhang, Jianxi Zhu, Yuji Arai, Metal substitution-induced reducing capacity of magnetite coupled with aqueous Fe(II), ACS Earth and Space Chemistry, 2020, 4: 905-911. 

　　Xiaoliang Liang*, Ying Li*, Gaoling Wei, Hongping He, Joseph W. Stucki, Lingya Ma, Linda Pentrakova, Martin Pentrak, Jianxi Zhu, Heterogeneous reduction of 2？chloronitrobenzene by Co-substituted magnetite coupled with aqueous Fe²⁺: Performance, factors, and mechanism, ACS Earth and Space Chemistry, 2019, 3, 728-737. 

　　Ying Li, Gaoling Wei, Caihua Zhang, Xiaoliang Liang*, Wei Chu*, Hongping He, Joseph W. Stucki, Lingya Ma, Xiaoju Lin, Jianxi Zhu, Remarkable effect of Co substitution in magnetite on the reduction removal of Cr(VI) coupled with aqueous Fe(II): Improvement mechanism and Cr fate, Science of the Total Environment, 2019, 656: 400-408. 

　　Ying Li, Gaoling Wei, Hongping He, Xiaoliang Liang*, Wei Chu*, Deyin Huang, Jianxi Zhu, Wei Tan, Qiuxin Huang, Improvement of zinc substitution in the reactivity of magnetite coupled with aqueous Fe(II) towards nitrobenzene reduction, Journal of Colloid and Interface Science, 2018, 517: 104-112 

　　原文链接： 

　　https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsearthspacechem.0c00089 

　　https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acsearthspacechem.8b00204 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969718347004 

　　https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021979718301218 

类质同像置换对磁铁矿/游离态Fe(II)耦合体系还原性能的制约