铁元素广泛存在于自然界,铁循环深刻影响具有氧化还原活性元素的地球化学循环和污染物的迁移转化,其中铁从铁（氢）氧化物中的溶出过程是铁循环和提高铁元素生物利用度的关键步骤。自然界中各种常见有机酸能大大加速铁溶出而被广泛关注,草酸是最常见的天然有机小分子羧酸之一,常与铁（氢）氧化物共存于水和土壤中,促进铁（氢）氧化物铁溶出,但分子层面铁溶出过程仍不明确。此外,相比于暗条件,光照可以显著提高草酸诱导的铁（氢）氧化物铁溶出速率,但光的作用机理仍存在较大争议。探明草酸与铁（氢）氧化物的相互作用,以及光照下体系光生载流子对铁溶出方式的影响,有助于理解草酸等小分子羧酸诱导的铁（氢）氧化物铁溶出微观过程。基于此,本论文的具体研究内容如下:1、以{001}晶面暴露的赤铁矿纳米片为模型,通过批实验测定不同pH值和不同草酸浓度条件下的铁溶出速率及草酸在赤铁矿表面的吸附量,证实赤铁矿铁溶出速率与草酸吸附量之间呈线性关系。采用衰减全反射傅里叶变化红外光谱法（ATR-FTIR）并结合密度泛函理论（DFT）分析探究草酸在赤铁矿表面的吸附模式,证明草酸以双齿单核构型吸附在赤铁矿表面。DFT结果表明草酸吸附在赤铁矿表面后,部分电子转移至赤铁矿表面Fe原子。该电子转移过程伴随自发的质子迁移,即质子从吸附态草酸脱去至赤铁矿表面羟基使其质子化,进一步增大表面Fe原子电荷密度。通过设计重水环境下铁溶出、原位电化学开路电位测试、氢/氘交换原位ATR-FTIR等一系列实验,证明该过程属于典型的质子耦合电子转移过程（PCET）。态密度分析（DOS）和晶体轨道哈密顿布居分析（COHP）定量描述草酸的给电子能力与对应表面Fe-O键强度,首次揭示草酸质子通过PCET过程对赤铁矿铁溶出的重要影响,有助于更好地了解天然有机小分子羧酸促进铁溶出、提供生物有效铁的作用。2、在上述工作基础上,探究可见光促进的草酸诱导赤铁矿铁溶出方式及光照对铁溶出过程的影响。设计以下两种实验方案以规避溶液相草酸铁光还原过程的影响:（1）采用EDTA络合溶液游离态Fe（Ⅲ）,使其无法形成草酸铁络合物而无可见光光化学活性;（2）将体系氙灯光源改为LED单色灯并控制光源波长,在溶液草酸铁络合物无光化学活性波段研究光促进的草酸诱导赤铁矿铁溶出过程。实验结果证实光照下草酸促进赤铁矿以非还原方式铁溶出。结合草酸-赤铁矿体系荧光和磷光光谱结果与理论计算DOS分析,探究光生载流子的迁移途径,证实Fe（Ⅲ）的还原和草酸的分解均发生在溶液中。分子轨道模拟进一步解释草酸-赤铁矿体系铁以非还原方式溶出的原因以及光照在铁溶出过程的作用。