最近，北京大学高温高压实验室博士生马云璐在国际SCI期刊《Molecules》上发表综述论文（IF = 3.1），就镁铝尖晶石中Mg-Al离子交换反应的动力学及热力学问题进行了深入研究，同时探讨了其在地质温度计以及微量元素分配等方面的应用，并对以后的研究方向提出了意见。
尖晶石族矿物是地球科学领域广泛关注的研究对象。它既是硅酸岩地球浅层地幔及地壳的重要组成矿物，也是金刚石中的主要包体矿物，常能反映母岩的形成温压条件及化学环境。镁铝尖晶石是尖晶石族矿物中最常见且最基本的端员，其研究成果可为其他复杂尖晶石固溶体提供依据，它的结构特点也为研究其它尖晶石族矿物（如林伍德石）提供了重要信息。另一方面，它具有高的熔点、优良的化学稳定性和力学特性，广泛地应用于催化剂、耐火材料等行业中。
图1 镁铝尖晶石的晶体结构
通常认为，镁铝尖晶石（MgAl2O4）具有正尖晶石型结构（图1）。但当温度、压力等参数变化时，其结构中发生一定程度的离子换位，一定数量八面体上的Al3+进入四面体位置、相应数量四面体上的Mg2+进入到八面体中。这种离子交换会使镁铝尖晶石变得无序（[4](Mg1-xAlx)[6](MgxAl2-x)O4，其中x表示无序程度），并在一定程度上改变晶体结构、影响诸多宏观物理及化学性质。前人对该离子交换反应进行了大量的动力学及热力学研究，然而不同研究获得的结果存在显著差异。
为进一步研究这些问题，博士生马云璐在导师刘曦研究员的指导下，对已有的动力学研究进行了计算、对比，并根据Andreozzi and Princivalle （2002）的研究成果，绘制了常压下Mg-Al离子交换反应达到化学平衡的温度－时间关系图（图2）。在此基础上，对已有热力学实验中的离子交换平衡状况、淬火改造、温度及x测量准确性等进行了深入地对比、评估，获得了一组更加可靠的x-T数据，进而导出了常用三种热力学模型的参数（图3）。同时，结合各种实验测得的热力学数据，对镁铝尖晶石中Mg-Al离子交换反应的吉布斯自由能
进行了深入探讨，得出
在数量级上相同、不能被忽略的结论（以往研究中常忽略此项）。
图2 常压时，镁铝尖晶石中Mg-Al离子交换反应在不同温度下从初始x值大于或小于平衡x值0.01、0.02、0.03、0.05、0.08到达到离子交换平衡所需的时间。
图3 经过评估筛选之后的x-T数据（共71组）及标定的三种热力学模型
N1967 = the Navrotsky and Kleppa thermodynamic model (1967), O1983 = the O’Neill and Navrotsky thermodynamic model (1983), C1994 = the Carpenter and Salje thermodynamic model (1994)
该研究在回顾前人成果的基础上，进行了原创性的计算、对比、评估工作，并就以后研究方向提出了建议，对镁铝尖晶石中Mg-Al离子交换反应的相关研究具有重要的指示意义。论文受到评审专家的高度评价，并已于2019年5月1号正式发表在国际SCI杂志Molecules上。
该研究受中国科学技术部国家重点研发计划项目“燕山期重大地质事件的深部过程与资源效应”（No.2016YFC0600408）、中国科学院战略性先导科技专项（B类）“地球内部过程与表层系统的联系” （No. XDB 18000000）、中国科学技术部国家科技基础条件平台项目“国家岩矿化石标本资源共享平台”（No. 2013FY110900-3）等项目资助。
论文信息：
Yunlu Ma, Xi Liu, 2019. Kinetics and Thermodynamics of Mg-Al Disorder in MgAl2O4-Spinel: A Review. Molecules, 24, 1704; doi: 10.3390/molecules2409170.
论文链接：
https://www.mdpi.com/1420-3049/24/9/1704
