對話中科院廣州地化所鮮海洋：攻克人工鉆石后，人類能拿下“煉金術”嗎？

搜狐科技《思想大爆炸——對話科學家》欄目第148期，對話中國科學院廣州地球化學研究所研究員鮮海洋。

嘉賓簡介：

鮮海洋，中國科學院廣州地球化學研究所研究員。現任中國礦物巖石地球化學學會礦物物理礦物結構專業委員會秘書、隕石及天體化學專業委員會委員、新礦物及礦物命名專業委員會委員，《地球化學》和《礦物巖石地球化學通報》期刊青年編委。主要以電子顯微術等先進實驗手段與密度泛函理論等模擬計算方法相結合，研究礦物結構與礦物表/界面的微觀反應機制、礦物表/界面反應的成礦作用和行星演化環境效應。

• 當黃鐵礦與水接觸時，會存在一種特殊的“致密液體層”，如同一座“納米工廠”，能將周圍溶液中的金離子高效富集至過飽和狀態，從而使金直接沉淀下來。

• 研究證明了這一機制可以同時適用于熱液型金礦和表生（近地表）金的富集過程，挑戰了“金主要源自深部熱液流體”的傳統觀點。

• 未來或可通過人工干預的方式使得成礦過程加速，實現人工誘導成礦。

出品｜搜狐科技

作者｜周錦童

編輯｜楊 錦

近年來，黃金價格節節攀升，不少網友好奇：既然人類能造出鉆石，那么，未來有沒有可能人工煉出黃金來？

這就不得不提到黃金的形成過程。黃金的主要載體礦物是黃鐵礦，金離子在黃鐵礦表面的吸附還原可以形成納米金，進而驅動金的高效沉淀。

近日，為了闡明納米金在黃鐵礦–水界面沉淀的微觀動力學和反應機制，中國科學院廣州地球化學研究所研究員朱建喜、鮮海洋牽頭的科研團隊利用原位液相透射電子顯微鏡技術，首次從納米尺度原位“直播”了液相環境中的黃金納米顆粒在黃鐵礦表面形成的動態過程，提出黃鐵礦誘導金沉淀的新機制。相關成果發表于《美國國家科學院院刊》。

對此，搜狐科技對話了鮮海洋研究員，聽他講述具體的微觀機制、研究意義以及未來的研究計劃。

黃金從哪兒來？它到底是怎么形成的？

黃鐵礦誘導金沉淀是形成高品位金礦的關鍵環節，但其界面動態機制還不明確。且以往的研究多依賴反應后的離線分析，既無法捕捉到金沉淀的瞬時過程，也難以深入闡明其形成機制。

鮮海洋團隊這次在真實的時間尺度內，實時、完整地觀察到了金在黃鐵礦表面沉淀的整個過程，“就跟直播一樣，沒有剪輯，一鏡到底。”

此外，地殼中真實的金含量是ppb級別（意味著平均每噸巖石中僅含有約幾毫克黃金），但以往的實驗為了看到結果，使用的金濃度非常高，是ppm級別的，比地殼真實含量高出三個數量級。這次實驗成功將金濃度降低到了與地殼實際濃度相當的ppb級別，并仍然觀察到了金的沉淀過程。

回到實驗本身，當黃鐵礦與水接觸時，會存在一種特殊的“致密液體層”，如同一座“納米工廠”，能將周圍溶液中的金離子高效富集至過飽和狀態，從而使金直接沉淀下來。

“其實在此之前我們失敗了很多次，有時候等兩三個小時也沒反應，我們就從頭再來，這次到13分鐘的時候黃鐵礦周圍形成了‘致密液體層’，20分鐘的時候層內開始出現黃金納米顆粒。”

“雖然從13-20只有七分鐘，但我們所有人的眼睛都一直盯著屏幕，一刻不敢走神，出來第一顆黃金納米顆粒時很激動，但馬上就有一個疑問：‘它究竟怎么出來的’？我們不敢停下來，只能慢慢分析實驗過程。”鮮海洋回憶道。

由于金是從地球以外來的、密度大而沉入地核，地表金極少，因此傳統觀念認為金礦必須來自地球深部的流體或巖漿。

可以說，這項研究挑戰了“金主要源自深部熱液流體”的傳統觀點。而且研究也證明了這一機制可以同時適用于熱液型金礦和表生（近地表）金的富集過程。

鮮海洋表示，“只要流體里有這種金的離子態形式存在，那么它遇上黃鐵礦，就會發生這種反應。”

值得一提的是，原位液相透射電鏡技術讓這次“直播”成為可能，鮮海洋稱這也是得益于合作者廈門大學廖洪鋼老師團隊。

“具體來說是把樣品封裝到一個芯片里面，類似手機芯片，液體在里面會定向流動，我們要不斷向里面補充反應液體，才能使觀察順利進行。”

人類有望掌握“煉金術”嗎？

談到這，有網友好奇，這是不是代表我們掌握了“煉金術”？

鮮海洋笑道：“我們只是揭示了一個自然現象而已，發現了自然界人類所開采的金子是如何聚集起來的，我們不生產也造不出這樣的金元素，它是在溶液中本來就有的，我們不過是把它的分散狀態聚集到了一起。”

相比之下，鉆石的原料碳元素在自然界有多種形態，比如石墨，可以通過改變溫度和壓力實現轉化。但黃金本身就以最穩定的單質形式存在，沒有其他富含金元素的物質形態可以供轉化了，所以無法像合成鉆石那樣人工合成黃金，只能從金礦中提取。

“人類自有文明以來，黃金不管是做裝飾還是金融屬性，之所以能經久不衰，就是它本身的穩定性。”鮮海洋解釋道。

鮮海洋稱，這是一項基礎研究，直接拿這個成果去應用可能還有很長的路要走。

在他看來，礦物學是一個基礎學科，我們通過解讀礦物的晶體結構、化學組分、同位素組成等信息來解讀它形成時所處的環境如何，這是反演，即看到它形成之后的狀態去反推它行程的過程。

當然還有一種是正演，這個實驗就是如此。基于一些已有的認識，假設一開始是這樣的狀態，以假設為起點，看看能不能演化到現在所看到的現象。

目前，鮮海洋團隊的研究涵蓋了礦物多個方向，包括傳統的礦物表界面反應研究、環境礦物學，還有成因礦物學和近年發展起來的行星礦物學，他本人也參與月球樣品的研究等。

談及未來計劃，鮮海洋稱會繼續探究這一機制在自然界是否是一個普遍的現象，其他硫化物和金屬元素是否具有這種氧化還原反應過程等。

“如果是的話，可以把以往可能需要上百萬年尺度才能反應完形成的礦產，通過人工誘導的方式，在人類壽命的時間范圍內，30、50年甚至一兩百年，讓兩三代人看到結果，通過人工干預的方式使得成礦過程加速，實現人工誘導成礦。”鮮海洋激動地說。

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