黄金能“长”出来？我国科学家首次呈现纳米尺度黄金形成的动态过程

黄铁矿诱导金沉淀是形成高品位金矿的关键环节，但其界面动态机制尚不明确。以往研究多依赖反应后的离线分析，难以捕捉金沉淀的瞬时过程。近日，中国科学院广州地球化学研究所与合作团队，利用原位液相透射电子显微镜技术，首次从纳米尺度原位捕捉自然界中金纳米颗粒在黄铁矿表面形成的动态过程，并提出了一种黄铁矿诱导金沉淀的新机制。

研究显示，金纳米颗粒并非在溶液中“凭空”产生，而是在紧贴黄铁矿表面的“致密液体层”中诞生。这层液体就像一个高效的“纳米工厂”，即使在金浓度极低（仅十亿分之几）的流体中，也能有效催化金的成核、生长与富集。这为理解金矿成因提供了全新视角。本次研究发现的新机制，同时适用于热液型金矿床和表生金富集过程。

热液成矿与表生富集过程中致密液体层内金富集的示意图

研究结果挑战了“金主要源自深部热液流体”的传统观点，为理解热液型金矿床和表生环境中金的超常富集提供了微观动力学观察，也为阐释自然界中纳米颗粒驱动的矿化过程开辟了新路径。从应用角度看，该机制对绿色浸金工艺中的界面调控也具有重要指导意义。

PNAS：不饱和金溶液中纳米金在黄铁矿-水界面的形成过程

作为重要的载金矿物，黄铁矿对金的富集成矿机制一直备受关注。金离子在黄铁矿表面的吸附还原可形成纳米金，进而驱动金的高效沉淀。前人对黄铁矿与纳米金之间的关系开展了大量研究，提出纳米金在黄铁矿内部或表面沉淀的三种常见途径：1）黄铁矿内部的晶格金转变为纳米金；2）含金黄铁矿风化过程中释放金进而形成纳米金；3）纳米金在黄铁矿与含金溶液界面处成核。然而，由于缺乏纳米尺度的原位液相观测，纳米金在黄铁矿–水界面的成核机制与生长动力学过程仍不清楚。

为了阐明纳米金在黄铁矿–水界面沉淀的微观动力学和反应机制，中国科学院广州地球化学研究所与合作团队，采用原位液相透射电子显微镜和热力学模拟等方法，系统研究了亚微米级黄铁矿颗粒在氯金酸溶液中的界面反应过程。研究发现：1）在10 ppb（十亿分比浓度）的低浓度含金溶液中，黄铁矿–水界面可形成一种致密液体层，该液体层与黄铁矿的等效半径之间呈负相关，故致密液体层的形成依赖于黄铁矿的溶解（图1）；2）黄铁矿–水界面形成的致密液体层具有复杂的内部化学成分（包括AuOH(aq)、FeOH2+、FeO+、Cl-、H+、SO42-、Fe2+、S

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2-、ROS和Fe3+等），这一独特的微环境为多种化学反应提供了关键场所，包括纳米金的成核与生长以及铁氧化物的相转变等过程（图1）；3）进一步对致密液体层和体相溶液进行热力学模拟发现，在致密液体层中，当-65

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O2(g)）

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O2(g)条件则无法实现纳米金的成核（图2）。金的溶解度与log

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O2(g)呈显著正相关，故黄铁矿溶解导致致密液体层中log

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O2(g)降低是驱动纳米金沉淀的主要原因。

该研究从纳米尺度揭示了黄铁矿从欠饱和流体中富集金的新机制，提出黄铁矿–水界面的致密液体层能够萃取体相溶液中的金，形成适宜于纳米金成核与生长的饱和微环境。这种与致密液体层相关的金富集机制可同时适用于热液型金矿床（如造山型、卡林型及浅成低温热液型）和表生金富集过程，从而为黄铁矿富集金提供新视角。

图1

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黄铁矿-水界面致密液体层中AuNPs的沉淀过程。(A–M)原位液相透射电镜观测黄铁矿与10 ppb HAuCl

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溶液(pH=3.5)反应的时间演化序列；黄色箭头指示致密液体层的形成，红色圆圈标记AuNPs的沉淀位置；(N–O)原位液相透射电镜拍摄的AuNPs高分辨透射电镜图像及对应快速傅里叶变换图谱；(P)黄铁矿与致密液体层的等效半径变化趋势；(Q)AuNPs颗粒数量与粒径随时间的变化。

图2

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(A)体相溶液与(B)致密液体层中金的溶解度相图；(C)致密液体层中铁的溶解度相图；(D)致密液体层中的主要含铁物种。

该研究由中国科学院广州地球化学研究所研究员朱建喜和鲜海洋、江西省科学院副研究员唐红梅、厦门大学教授廖洪钢及东华理工大学副教授邓腾等合作完成。该研究由国家自然科学基金（42202041）、江西省自然科学基金（20242BAB20136）、广东省基础与应用基础研究基金杰出青年项目（2022B1515020007）及江西省科学院研究项目（2022YSBG22017和2023YJC2010）联合资助。相关成果发表于国际期刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》。

论文信息：

Hongmei Tang（唐红梅）, Haiyang Xian*（鲜海洋）, Teng Deng（邓腾）, Zhaolu He（何昭露）, Shan Li（李珊）, Yiping Yang（杨宜坪）, Honggang Liao（廖洪钢）, Youhong Jiang（江友红）, Jiaxin Xi（席佳鑫）, Jianxi Zhu（朱建喜）, Hongping He（何宏平）. (2026). In situ observations of gold deposition in a dense liquid layer at the pyrite-water interface.

Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

. doi: 10.1073/pnas.2517918123.