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用于长期金属封装的晶格硫浸渍零价铁晶体
利用纳米尺度零价铁（nFe⁰）材料进行重金属去除是原位地下水污染修复的一种可行方法。然而，传统的nFe材料对各种电子受体（例如水）具有无差别反应性，仅仅将重金属积累在表面，导致选择性差和寿命短。本文开发了一种晶格硫浸渍的nFe⁰（S-nFe⁰），通过增强的Kirkendall效应实现了重金属的粒子内封存。这种金属封存方法比水更有效地竞争电子，并高效利用Fe释放的空位，反应后的S-nFe⁰对重金属的释放变得惰性（比nFe⁰低78-220倍）在真实的地下水中。处理后的地下水预计可满足饮用水标准，寿命超过20-100年。根据Biwer-Heinzle环境评估结果，S-nFe⁰的合成对环境影响可以忽略不计。由于S-nFe⁰具有较低的生产和运营成本，因此在金属污染地下水修复中具有明显的竞争力。总体而言，这项工作提出了一种实现nFe⁰中金属封存的策略，打破了氧化还原纳米材料的选择性-稳定性权衡，为解决地下水污染提供了一种强有力的工具。
该项工作基于RapidXAFS 1M结构谱仪对不同浓度晶格硫浸渍的零价铁进行Fe元素K边XAFS测试并重点分析其扩展边X射线扩展边（FT-EXAFS）。首先通过定量拟合结果初步判定不同硫物种（FeS和FeS₂）是否被引入到纳米零价铁（nFe⁰）颗粒中。其次，FT-EXAFS所得到的短程局域结构信息和XRD得到的长程有序结构信息相辅相成，共同揭示了揭示了材料在不同处理条件下的晶格变化。例如，FeS₂-nFe⁰材料中Fe峰的下移表明Cd和Pb已经被封装到FeS₂-nFe颗粒中，并且整合到了Fe的体心立方（bcc）结构中。最后，Williamson-Hall分析也利用FT-EXAFS的定量结果数据评估了金属反应后材料的晶格应变。晶格应变与金属原子半径呈正线性相关，这表明原子半径可以作为评估金属封装引起的晶格应变的指标。 综上，基于RapidXAFS 1M结构谱仪的XAFS技术在晶格硫浸渍的零价铁研究中的不仅帮助确定了硫的化学形态和分布，还提供了关于材料晶体结构、晶格应变等重要信息。这些数据对于理解硫如何促进金属的封装和长期稳定化提供了关键的科学依据。
