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生物矿化课题组原位观测到有机磷在碳酸钙界面上沉淀的微观动力学过程

磷酸酯是土壤有机磷的重要组成部分,它在土壤磷的生物地质化学循环中起到重要作用。这些酯类例如6-磷酸葡萄糖(G6P)具有独特的反应性趋向于和各种土壤矿物粒子作用,尤其是在富含碳酸钙的碱性土壤中。许多重要有机磷转化过程包括吸附、水解和沉淀主要发生在矿物-水界面上,进而最终影响有机磷在土壤环境中的去向。然而,由于土壤环境的复杂性,人们对于专一性矿物表面诱导有机磷的吸附和沉淀反应的动力学过程知之甚少。

王荔军教授领导的生物矿化课题组和德国明斯特大学矿物学研究所,西班牙格拉纳大学岩石和矿物学系以及荷兰乌得勒支大学地质科学系的合作者使用耦合液体反应池的原子力显微镜原位实时观测到碳酸钙(10-14)表面在G6P的作用下发生溶解并导致溶解蚀坑由原先典型的菱形变为扇形(图1A),这是由于发生了G6P-碳酸钙台阶专一性吸附后而稳定了能量不适的(0001)面的结果。借助X-射线光电子能谱分析发现,碳酸钙(10-14)表面在G6P持续作用下溶解引起矿物-水界面液体层内6-磷酸葡萄糖钙过饱和,而驱动沉淀在矿物界面上成核和生长(图1B)。此外,在此系统中引入碱性磷酸酶后,除了6-磷酸葡萄糖钙沉淀外,同时形成了无机磷酸钙沉淀(包括无定型磷酸钙,二水磷酸氢钙和羟基磷灰石)(图1C)。

这些从吸附复合物到表面沉淀的动力学转化过程以及酶介导通道的直接观测将有助于改善我们对于矿物表面诱导有机磷在土壤中被扣押的化学机制的理解。相关结果发表在美国化学会出版的Environmental Science & Technology上。Lijun Wang*, Lihong Qin, Christine V. Putnis, Encarnacion Ruiz-Agudo, Helen E. King, and Andrew Putnis. Visualizing Organophosphate Precipitation at the Calcite-Water Interface by in Situ Atomic Force Microscopy. Environmental Science & Technology 2016, 50, 259-268. (2014 IF = 5.330).

 

 

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