我国土壤重金属污染问题日益严重。重金属污染土壤的治理、修复和安全利用等需要充分理解重金属环境地球化学行为。非传统稳定同位素技术是理解重金属环境地球化学行为的有力工具。利用不同储库重金属的同位素指纹特征，可进行重金属溯源、示踪等。但是环境中铁氧化物等活性矿物通过各种界面过程如同晶替代和吸附等显著影响重金属同位素分馏，从而模糊不同储库的同位素特征，即“同位素分馏黑箱”。因此需要揭示重金属在矿物结构发生同晶替代过程中同位素分馏行为和机制。
Zn是一种典型的重金属污染物。利用非传统稳定同位素技术研究了Zn在典型铁氧化物表面吸附和与Fe共沉淀通过同晶替代进入矿物晶格过程中同位素分馏行为，确定了相关过程中同位素分馏因子；并进一步利用Zn K边XANES和EXAFS技术解译了重金属在矿物表面吸附分子机制和在矿物结构中局域配位环境，从而揭示了矿物表面吸附和在晶体结晶成核和生长过程中Zn同位素分馏机制。这些结果加深了对地球关键区铁氧化物-水界面Zn环境地球化学行为和同位素分馏行为的理解，丰富了同位素分馏因子库，补充了同位素分馏理论，促进了对“同位素分馏黑箱”的理解，为重金属污染土壤的治理、修复和安全利用等提供了科学依据和理论支撑。