自然水体及污染场地中，很多重金属与类金属污染物的归宿，并非由稳定结晶矿物直接主导，而是受控于高活性、结构无序的无定形中间相。这类物质是污染物迁移转化的关键枢纽，但因传统表征技术局限，其形成机制、稳定条件及动力学过程缺乏深入研究，制约了污染物行为预测与高效钝化技术研发。
针对这一基础性挑战，天津大学地球系统科学学院滕辉教授团队，选取环境中砷污染的关键控制相—无定形砷酸铁(AFA)为研究对象，采用同步辐射原位小角X射线散射（SAXS）技术，首次实现了对该无定形相沉淀全过程的动态追踪，并初步阐明了其不同于经典成核结晶理论的“两阶段非经典形成路径”。研究主要结论和认识总结如下：
（1）AFA的形成并非通过离子或分子的简单堆叠，而是遵循一种清晰的阶段性组装过程：初始形成的纳米级前驱体颗粒首先通过聚集形成松散聚集体，随后生长主要通过“颗粒依附”模式进行，最终形成具有质量分形特征的无定形结构。这一发现为理解广泛存在于环境体系中的无定形物质（如铁/锰/铝氢氧化物等）的形成提供了可能的通用机制框架，强调了“颗粒介导”的聚集生长在非晶态地球化学过程中的重要性。
图 1 无定形砷酸铁（AFA）的两阶段形成路径示意图
（2） 基于对形成路径的解析，研究进一步明确了pH值、温度及砷铁比等常见环境因子如何通过调控前驱体颗粒的稳定性与相互作用，从而影响无定形砷酸铁的沉淀动力学与固砷效率。这从机制层面解释了为何砷在不同环境条件下表现出差异化的迁移与固定能力，将宏观观测与微观过程联系起来，增强了对砷地球化学循环预测的科学性。
（3 ）此项研究对污染治理的启示在于，通过主动调控溶液化学环境（如优化砷铁比与pH），可以引导无定形相向着更高效固定污染物的路径形成。基于此，研究提出了一种潜在的砷污染治理新思路，即通过分步优化条件，优先促进无定形砷酸铁的大量快速形成以“锁住”大部分砷，再进行深度净化。这为发展低耗高效的砷污染原位稳定技术提供了重要的过程性理论基础。
该研究成果发表在NI期刊《无机化学》（Inorganic Chemistry）。第一作者为天津大学地科院博士毕业生常沛，通讯作者为朱翔宇副教授。相关 SAXS 和XAFS测试分别在上海光源 16B1和14W1线站完成。该工作受国家自然科学基金（41802032, 42272039, 42372051, 42430205, 42421003, 42572043, 42502034）资助。
文章信息：Pei Chang，Xiangyu Zhu*，Dongxing Guan，Minghao Tang，Xiancai Lu，Rucheng Wang，Hui Henry Teng. Nonclassical Two-Stage Pathways for the Formation of Amorphous Ferric Arsenate: Influence of Temperature, pH, and Stoichiometry, Inorganic Chemistry, 2025, DOI: 10.1021/acs.inorgchem.5c03106
