发生在矿物-溶液界面上的吸附作用是表生地球环境最普遍的地球化学反应。它指的是(金属)元素会游离于水溶液环境而趋向在矿物表面富集，已成为环境修复与污染控制的重要地球化学理论基础。近年来，随着金属稳定同位素（如Fe、Cu、Zn、Ni、Cr、Cd）在环境污染物源解析等领域的成功应用，大量研究发现金属稳定同位素在矿物-溶液界面吸附过程中会发生显著的同位素分馏效应，然而受限于界面微观结构表征的困难，迄今为止对于金属稳定同位素在矿物-溶液界面上吸附分馏现象缺乏深刻的机理认识。

鉴于此，37000cm威尼斯地球科学与工程学院李伟教授（2015年）和李伟强教授（2014年）合作，结合各自在同步辐射技术与同位素地球化学上的专长，开展了Zn同位素在氧化铝-溶液界面吸附过程中的同位素分馏机制研究。研究团队在37000cm威尼斯建立了高精度Zn同位素分析方法（长期外部误差为0.04‰），分析能力达到了国际一流水平。研究结果表明，不同吸附密度条件下，Zn同位素的吸附分馏程度差异较大。低吸附密度（Г≤0.75μmol/m²）条件下，重的Zn同位素优先被氧化铝表面吸附，Δ⁶⁶Zn_{sorbed-aqueous}=0.47±0.03‰；高吸附密度（Г≥1.59μmol/m²）条件下，吸附相和残余溶液相几乎不发生Zn同位素的分馏（Δ⁶⁶Zn_{sorbed-aqueous}=0.02±0.07‰）。为了从分子水平揭示上述Zn同位素吸附分馏差异的机制，研究团队依托国家大科学装置开展了基于同步辐射的扩展X射线吸收精细结构光谱技术（EXAFS）研究，从分子水平解析了Zn在不同地球化学条件下的吸附结构（配位构型与化学键长）。EXAFS是一种原子团簇结构化学分析技术，能够精确探测吸附态Zn原子周围的化学结构：元素种类、配位数、原子间距等。EXAFS结果表明该研究中不同物相的Zn-O键长依次是：低Г（1.96±0.03 Å）＞高Г（2.06±0.02 Å）=溶液态Zn（2.06±0.01Å）。

该研究成功地将EXAFS技术应用于Zn同位素吸附分馏体系，为金属稳定同位素的低温分馏机制研究提供了新的有力的表征技术；也从实验角度成功验证了经典稳定同位素分馏理论假说，即认为同位素分馏达到平衡时，重的同位素优先富集在键强更大的物相；并推动了键长-同位素分馏的关系的定量化认识。该成果在线发表在美国化学会期刊《Environmental Science &Technology》，论文第一作者为博士生苟文贤，李伟教授和李伟强教授为共同通讯作者，李伟教授设计并指导了Zn的吸附实验和EXAFS谱学表征以及数据解译，李伟强教授指导了高精度Zn同位素分析方法的开发和实验样品的同位素测量原文链接：https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.est.8b01414）。本研究的同位素实验在表生地球化学教育部重点实验室的MC-ICP-MS上完成，EXAFS数据在中国科学院的北京同步辐射光源和上海同步辐射光源上采集。本研究工作受到中组部青年、国家基金委优秀青年基金和江苏省杰出青年基金共同资助。

（地球科学与工程学院 科学技术处）