对话中科院广州地化所鲜海洋:攻克人工钻石后,人类能拿下“炼金术”吗?

搜狐科技《思想大爆炸——对话科学家》栏目第148期，对话中国科学院广州地球化学研究所研究员鲜海洋。

嘉宾简介：

鲜海洋，中国科学院广州地球化学研究所研究员。现任中国矿物岩石地球化学学会矿物物理矿物结构专业委员会秘书、陨石及天体化学专业委员会委员、新矿物及矿物命名专业委员会委员，《地球化学》和《矿物岩石地球化学通报》期刊青年编委。主要以电子显微术等先进实验手段与密度泛函理论等模拟计算方法相结合，研究矿物结构与矿物表/界面的微观反应机制、矿物表/界面反应的成矿作用和行星演化环境效应。

划重点：

1.当黄铁矿与水接触时，会存在一种特殊的“致密液体层”，如同一座“纳米工厂”，能将周围溶液中的金离子高效富集至过饱和状态，从而使金直接沉淀下来。

2.研究证明了这一机制可以同时适用于热液型金矿和表生（近地表）金的富集过程，挑战了“金主要源自深部热液流体”的传统观点。

3.未来或可通过人工干预的方式使得成矿过程加速，实现人工诱导成矿。

出品｜搜狐科技

作者｜周锦童

编辑｜杨锦

近年来，黄金价格节节攀升，不少网友好奇：既然人类能造出钻石，那么，未来有没有可能人工炼出黄金来？

这就不得不提到黄金的形成过程。黄金的主要载体矿物是黄铁矿，金离子在黄铁矿表面的吸附还原可以形成纳米金，进而驱动金的高效沉淀。

近日，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研究员朱建喜、鲜海洋牵头的科研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“直播”了液相环境中的黄金纳米颗粒在黄铁矿表面形成的动态过程，提出黄铁矿诱导金沉淀的新机制。相关成果发表于《美国国家科学院院刊》。

对此，搜狐科技对话了鲜海洋研究员，听他讲述具体的微观机制、研究意义以及未来的研究计划。

黄金从哪儿来？它到底是怎么形成的？

黄铁矿诱导金沉淀是形成高品位金矿的关键环节，但其界面动态机制还不明确。且以往的研究多依赖反应后的离线分析，既无法捕捉到金沉淀的瞬时过程，也难以深入阐明其形成机制。

鲜海洋团队这次在真实的时间尺度内，实时、完整地观察到了金在黄铁矿表面沉淀的整个过程，“就跟直播一样，没有剪辑，一镜到底。”

此外，地壳中真实的金含量是ppb级别（意味着平均每吨岩石中仅含有约几毫克黄金），但以往的实验为了看到结果，使用的金浓度非常高，是ppm级别的，比地壳真实含量高出三个数量级。这次实验成功将金浓度降低到了与地壳实际浓度相当的ppb级别，并仍然观察到了金的沉淀过程。

回到实验本身，当黄铁矿与水接触时，会存在一种特殊的“致密液体层”，如同一座“纳米工厂”，能将周围溶液中的金离子高效富集至过饱和状态，从而使金直接沉淀下来。

“其实在此之前我们失败了很多次，有时候等两三个小时也没反应，我们就从头再来，这次到13分钟的时候黄铁矿周围形成了‘致密液体层’，20分钟的时候层内开始出现黄金纳米颗粒。”

“虽然从13-20只有七分钟，但我们所有人的眼睛都一直盯着屏幕，一刻不敢走神，出来第一颗黄金纳米颗粒时很激动，但马上就有一个疑问：‘它究竟怎么出来的’？我们不敢停下来，只能慢慢分析实验过程。”鲜海洋回忆道。

由于金是从地球以外来的、密度大而沉入地核，地表金极少，因此传统观念认为金矿必须来自地球深部的流体或岩浆。

可以说，这项研究挑战了“金主要源自深部热液流体”的传统观点。而且研究也证明了这一机制可以同时适用于热液型金矿和表生（近地表）金的富集过程。

鲜海洋表示，“只要流体里有这种金的离子态形式存在，那么它遇上黄铁矿，就会发生这种反应。”

值得一提的是，原位液相透射电镜技术让这次“直播”成为可能，鲜海洋称这也是得益于合作者厦门大学廖洪钢老师团队。

“具体来说是把样品封装到一个芯片里面，类似手机芯片，液体在里面会定向流动，我们要不断向里面补充反应液体，才能使观察顺利进行。”

人类有望掌握“炼金术”吗？

谈到这，有网友好奇，这是不是代表我们掌握了“炼金术”？

鲜海洋笑道：“我们只是揭示了一个自然现象而已，发现了自然界人类所开采的金子是如何聚集起来的，我们不生产也造不出这样的金元素，它是在溶液中本来就有的，我们不过是把它的分散状态聚集到了一起。”

相比之下，钻石的原料碳元素在自然界有多种形态，比如石墨，可以通过改变温度和压力实现转化。但黄金本身就以最稳定的单质形式存在，没有其他富含金元素的物质形态可以供转化了，所以无法像合成钻石那样人工合成黄金，只能从金矿中提取。

“人类自有文明以来，黄金不管是做装饰还是金融属性，之所以能经久不衰，就是它本身的稳定性。”鲜海洋解释道。

鲜海洋称，这是一项基础研究，直接拿这个成果去应用可能还有很长的路要走。

在他看来，矿物学是一个基础学科，我们通过解读矿物的晶体结构、化学组分、同位素组成等信息来解读它形成时所处的环境如何，这是反演，即看到它形成之后的状态去反推它行程的过程。

当然还有一种是正演，这个实验就是如此。基于一些已有的认识，假设一开始是这样的状态，以假设为起点，看看能不能演化到现在所看到的现象。

目前，鲜海洋团队的研究涵盖了矿物多个方向，包括传统的矿物表界面反应研究、环境矿物学，还有成因矿物学和近年发展起来的行星矿物学，他本人也参与月球样品的研究等。

谈及未来计划，鲜海洋称会继续探究这一机制在自然界是否是一个普遍的现象，其他硫化物和金属元素是否具有这种氧化还原反应过程等。

“如果是的话，可以把以往可能需要上百万年尺度才能反应完形成的矿产，通过人工诱导的方式，在人类寿命的时间范围内，30、50年甚至一两百年，让两三代人看到结果，通过人工干预的方式使得成矿过程加速，实现人工诱导成矿。”鲜海洋激动地说。