1月23日，美國《國家科學院院刊》刊發了中國科學院廣州地球化學研究所研究員朱建喜/鮮海洋團隊與合作者的一項突破性成果。該團隊借助原位液相透射電子顯微鏡技術，首次在納米尺度上原位“直播”了自然界中金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態過程，并提出了黃鐵礦誘導金沉淀的新機制。
熱液成礦與表生過程中黃鐵礦致密液體層內金富集的示意圖。研究團隊供圖
論文通訊作者鮮海洋對《中國科學報》表示，該研究發現黃鐵礦與水界面處存在一種特殊的“致密液體層”，它宛如一座高效的“納米工廠”。即便在金濃度極低（僅十億分之幾）的流體環境中，該“致密液體層”也能有效催化金的成核、生長與富集過程，這為深入理解金礦成因提供了全新的視角。
黃鐵礦誘導金沉淀是形成高品位金礦的關鍵環節，然而此前其界面動態機制一直未明。以往的研究大多依賴反應后的離線分析，既無法精準捕捉金沉淀的瞬時過程，也難以深入闡明其形成機制。
在國家自然科學基金等項目資助下，朱建喜/鮮海洋團隊聯合江西省科學院副研究員唐紅梅、廈門大學教授廖洪鋼、東華理工大學副教授鄧騰等，在排除溶解氧和電子束干擾的前提下，運用原位液相透射電子顯微鏡等多尺度、多手段聯用技術，對黃鐵礦在10 ppb（即十億分之十）的極低濃度含金溶液中的反應過程進行了實時觀測。
觀測結果顯示，在黃鐵礦與含金溶液接觸約13分鐘后，黃鐵礦周圍出現“致密液體層”；約20分鐘后，該層內開始出現金納米顆粒，且隨著時間推移，金納米顆粒逐漸增多、長大。這一重要發現為揭示金在黃鐵礦表面的形成過程提供了關鍵依據。
進一步研究表明，金納米顆粒并非在溶液中“憑空”生成，而是在緊貼黃鐵礦表面的“致密液體層”中孕育，該“致密液體層”是黃鐵礦表面溶解所形成的，會顯著降低層內的“氧逸度”（這是衡量氧化性強弱的一項重要指標），進而改變局部化學環境，促使金迅速達到過飽和并沉淀為固體顆粒。即便外部溶液中金濃度極低，這一機制仍能持續驅動金向界面遷移并實現富集沉淀。
該新機制廣泛適用于熱液型金礦床（如造山型、卡林型及淺成低溫熱液型）和表生金富集過程。在熱液型金礦床中，熱液流體與大氣降水混合會形成氧化的含金流體，這些流體與成礦前的黃鐵礦相互作用，可引發金沉淀；在表生過程中，天然水能夠淋濾并富集形成低濃度（ppb級）的含金流體，同樣在與黃鐵礦反應時觸發金沉淀。
該研究結果對傳統觀點“金主要源自深部熱液流體”提出了挑戰，不僅為理解熱液型金礦床和表生環境中金的超常富集提供了微觀動力學層面的觀察，也為闡釋自然界中納米顆粒驅動的礦化過程開辟了全新路徑。從實際應用角度來看，該機制對綠色浸金工藝中的界面調控具有重要的指導意義。
相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2517918123