在氧化還原界面，氧氣和礦物中的結構Fe(II)之間的相互作用産生羟基自由基(●OH)；然而，●OH對複雜石油烴化合物的氧化的反應性和機制尚不完全清楚。通過●OH對石油化合物的氧化對于減輕碳氫化合物汙染的負面影響和評估這些過程在氧化還原活性環境中的碳循環作用至關重要。

針對以上科學問題，尊龙凯时地球科學與資源學院劉源博士後，在董海良教授的指導下，通過使用一系列濕化學、氣相色譜-質譜聯用和傅裏葉變換離子回旋共振質譜，以及理論計算，研究了由還原態綠脫石(一種富含Fe的黏土礦物，NAu-2)産生的●OH與石油烴之間的相互作用機制。取得了以下新的認識：

1.原油中的芳烴對還原NAu-2中結構性Fe(II)的氧化率影響甚微，但通過産生環境持久性自由基（Environmentally Persistent Free Radicals, EPFRs），增強了●OH的産生（圖1）。

2.石油分子的結構、組成、溶解性和對還原態NAu-2的吸附顯著影響它們與●OH的反應性（圖2）。與極性化合物相比，●OH更多地與水溶性溶解有機物反應。由●OH生成的新分子顯示出對不溶性（極性）相的偏好。

3.●OH對石油烴的初始氧化是通過拔氫和自由基加成實現的，隨後發生脫氫、羟化和羧化反應（圖3）。因此，極性化合物中含氧化合物的豐度增加。然而，具體的氧化途徑根據石油化合物的性質而有所不同。

图1 石油烃及芳烃对还原态绿脱石Fe(II)氧化的影响

图2 石油分子结构及吸附性对其反应性的影响

图3 石油烃分子与羟基自由基反应机理

   该研究得到了国家自然科学基金委项目（NSFC-42102041，42192500和42192503）和中國博士後科學基金項目（2021M692996）的支持。相关成果发表在国际权威學術期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》: Yuan Liu, Yahe Zhang, Guo Chen, Yang Li, Qiang Zeng, Jinglong Hu, Dafu Hu, Hailiang Dong *. Molecular transformation of petroleum compounds by hydroxyl radicals produced upon oxidation of reduced nontronite. Geochimica et Cosmochimica Acta, 2024, 371: 31-51.

全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703724001017