作者布兰迪·杰斐逊，华盛顿大学圣路易斯分校
路易斯（号外乐团成员） 信用:Pixabay/CC0公共域 从大峡谷绚丽的红色，到被忽视的自行车上常见的铁锈色，氢氧化铁无处不在
事实上，它们和石英一样常见，石英是地球上分布最广的矿物
科学家知道氢氧化铁可以捕获重金属和其他有毒物质，氧化铁也可以是天然半导体
虽然这些特性暗示了许多应用，但是直到现在，氢氧化铁如何在石英基底上形成的全部细节一直隐藏在一个“黑匣子”中
杨信军，华盛顿大学工程学院能源、环境和化学工程教授
路易斯发明了一种方法来打开盒子，观察氢氧化铁在石英上形成的瞬间
她的研究发表在《环境科学与技术》杂志上
“这是在讲述氢氧化铁诞生的故事，”小君说
当人们谈到“形成”时，他们通常指的是一种物质的生长
然而，在成长之前，需要有东西来成长
第一点氢氧化铁来自哪里？ 首先，需要有足够的前体元素
然后，这些成分可以聚集在一起形成一个稳定的核，该核将继续变成一个微小的固体氢氧化铁颗粒，称为纳米颗粒
这个过程被称为固体成核
科学牢牢掌握了这两个过程的总和——成核和生长，合称为“沉淀”——它们的总和已被用来预测氢氧化铁的形成行为
但是这些预测在很大程度上忽略了对成核的单独考虑
君说，结果“不够准确”
“我们的工作提供了成核的经验、定量描述，而不是计算，因此我们可以提供关于这一缺失环节的科学证据
" 这一贡献开启了许多重要的可能性
我们可以更好地了解酸性矿山排水现场的水质，减少膜污染和管道结垢，并开发更环保的超导材料
Jun能够通过使用x光和她开发的新型实验细胞来观察沉淀的黑箱内部，该实验细胞用于研究与环境相关的复杂系统，该系统具有大量的水、离子和基质材料，实时观察成核
在伊利诺伊州莱蒙特的阿尔贡国家实验室的高级光子源工作时，朱恩采用了一种叫做“掠入射小角x光散射”的x光散射技术
“通过以非常小的角度将x光照射到基底上，接近允许光全反射的临界角，这种技术可以检测表面上纳米尺寸粒子的首次出现
Jun说，这种方法太新颖了，以至于当她讨论她的实验室在成核方面的工作时，“人们认为我们在做计算机建模
但不，我们正在实验性地研究它发生的那一刻，”她说
“我们是实验观察者
我可以测量成核的起始点
" 她的经验方法揭示了科学家们一直使用的一般估计夸大了成核所需的能量
“氢氧化铁比科学家想象的更容易在矿物表面形成，因为表面高水合固体成核所需的能量更少，”Jun说
此外，拥有一个精确的数值还将有助于改进反应性运输模型——对物质在环境中运动的研究
例如，某些物质可以隔离有毒金属，防止它们进入水道
具有更精确成核信息的更新的反应迁移模型将对致力于更好地预测和控制污染源的水质研究者具有重要意义
“氢氧化铁是这些污染物的主要封存库，”君说，“知道它们的来源对预测它们的命运至关重要。”
" 对于高科技制造设备来说，对铁氧化物或氢氧化物如何形成有更精确的理解，将有助于更有效地——更少浪费地——生产铁基超导体
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