中國發現稀土新礦物倪培石：自然界中鈰含量最高，對高科技領域意義重大

最新發現的稀土硅酸鹽礦物倪培石及其共生礦物組合。 中國地質調查局天津地質調查中心 圖

1月19日，自然資源部中國地質調查局發布消息，河南一個稀土礦中發現的一種新礦物正式通過國際礦物學會審批，并被命名為倪培石（Nipeiite-(Ce)）。

這種以中國地質學家、南京大學地球科學與工程學院倪培教授的名字命名的新礦物，是目前在自然界中發現的鈰（shì）元素含量最多的硅酸鹽礦物。

19日，參與申報該礦物的中國地質調查局天津地質調查中心副總工程師司馬獻章告訴澎湃科技，含有稀土元素鈰（Ce）的合金耐高溫、抗壓，強度和韌性都非常好，在航空航天等高科技領域，比如發動機等方面有應用。

司馬獻章表示，之所以說倪培石是新礦物，因為其礦物的晶體結構、化學成分、分子式，都是首次發現，過去在自然界沒有發現過。

他表示，礦物學研究是為選礦、找礦以及開發礦業提供基礎研究支撐的。新礦物的發現，除了對人類基礎科學有重要的貢獻以外，在應用科學領域，人們在選礦的時候，也因此知道特定元素儲存在哪種礦物里?！拔覀冞x礦的時候，是先把礦物選出來，然后再提取它的稀土元素。所以說礦物的發現，為我們選礦提供了非常重要的科學依據?！?

科技日報等媒體關于稀土的公開報道顯示，鈰是中國特有的一種稀土資源，占比超過50%，它價格低廉，光物理特性獨特。鈰的合金耐高熱，可以用來制造噴氣式推進器零件。鈰的中子俘獲截面積小，可作為反應堆燃料的稀釋劑。

而來自上?？萍即髮W研究成果，使用鈰基催化劑，讓火箭推進劑燃料更環保。

“礦物學奧林匹克”

中國地質調查局天津地質調查中心（華北地質科技創新中心）發布的消息稱，倪培石發現于河南省西峽縣太平鎮稀土礦，顏色為淺紅至紅棕色，單偏光下為灰白色，呈半透明-透明玻璃光澤，性脆，貝殼狀斷口，計算密度4.943克每立方厘米。

河南省核技術應用中心發布的消息稱，倪培石礦物由由中國地質調查局天津地質調查中心曲凱、司馬獻章等與河南省核技術應用中心教授級高級工程師李靖輝參與申報。新礦物的發現，素有“礦物學奧林匹克”之稱，是一個國家礦物學研究水平的重要標志之一，屬于礦物學領域重要的基礎性研究工作，是人們認知與利用自然界中新物質提供科學依據。

司馬獻章向澎湃科技講述了倪培石的發現過程。

他表示，2013年時候，河南省西峽縣太平鎮發現了一個稀土礦，他帶著學生曲凱同志到野外現場去考察。通過篩選檢測礦物成分。2019年時，他們就發現了一個新礦物太平石。

太平石是一種含氟稀土硅酸鹽礦物。

倪培石是天津地調中心新礦物研究團隊和河南省核技術應用中心團隊繼太平石之后，在河南太平鎮稀土礦中發現的第二個自然界新礦物。

倪培石的礦物編號為IMA No.2022-106a，分子式為Ce9Fe3+(SiO4)6[SiO3(OH)](OH)3，屬于三方晶系，空間群R3c，晶胞參數a=10.897(2), c=38.739(8) ?。

倪培石和太平石作為罕見的稀土硅酸鹽礦物常與同樣罕見的稀土氟化物共生，它們被認為是稀土碳酸鹽礦物（稀土礦的主要礦石礦物）的前體，對于探討稀土礦床早期成礦流體的性質以及后期稀土元素的遷移和沉淀機制具有重要研究價值。

倪培石的發現，特別是其獨特的化學成分與晶體結構特征，打破了之前硅鈰石超族的分類命名體系，因此IMA-CMNNC邀請課題組負責人參加對硅鈰石超族分類命名方案的修訂工作，修訂后的新方案對該族的礦物定義、晶體化學通式以及獨立結晶學占位進行了系統規范與詳細解讀，并將中國的“太平石”升級為礦物亞族，作為硅鈰石超族中富氟端元礦物種的詞根，豐富了具中國文化特色的礦物命名方案，提高了中國在國際新礦物研究領域的影響力。

該礦物以倪培教授命名，致敬他長期以來在鎢、錫多金屬以及稀有、稀土礦床研究領域的卓越成就。

南京大學相關網頁顯示，倪培，安徽淮南人，1963年12月生，教授，博士生導師。研究方向為礦床學和地質流體。曾任南京大學地球科學與工程學院黨委副書記?，F任內生金屬成礦機制研究國家重點實驗室副主任，地質流體研究所所長。主要學術兼職包括國際礦物協會礦物包裹體工作組主席，國際成礦流體包裹體委員會秘書長等。

從打火機到火箭推進劑燃料

武漢市科學家科普團成員宋丹在科技日報發表的文章介紹，鈰是元素周期表第58號元素。它是一種很活潑的金屬，燃燒后呈粉末狀。它也是豐度最高的稀土金屬。1803年，德國科學家克拉普羅特在一塊出產于瑞典小城瓦斯特拉斯的紅色重石中，找到了一種新元素的氧化物，在灼燒時出現赭色，同時瑞典化學家貝齊里烏斯和希辛格也在該礦石中發現了同一元素的氧化物。直到1875年，人們用電解法從融化的氧化鈰中得到金屬鈰。

該文章介紹，混有其他稀土元素的鈰鐵合金，與堅硬的物體摩擦時能擦出漂亮的火花，引燃周邊的可燃物，是打火機、火花塞等點火裝置里的關鍵材料。鈰也是很好的玻璃添加劑，能吸收紫外線與紅外線，被大量應用于汽車玻璃，不僅能防紫外線，還可降低車內溫度，以節約空調用電。

光促鈰催化甲烷碳氫鍵官能團化反應示意圖。

2018年7月，上?？萍即髮W物質科學與技術學院發布消息稱，該院左智偉科研團隊在光促進甲烷轉化這一重要能源化工領域取得突破性進展：他們成功發展了一種廉價、高效的鈰基催化劑和醇催化劑的協同催化體系。這一基礎研究領域的突破，解決了利用光能在室溫下把甲烷一步轉化為液態產品的科學難題，為甲烷轉化成高附加值的化工產品，例如火箭推進劑燃料，提供了嶄新和更加經濟、環保的解決方案。同時，對這一高效、可持續的光促進鈰催化模式的深入研究和進一步推廣應用，將為中國高效利用特有的稀土金屬資源提供新的思路和前景。北京時間2018年7月27日凌晨，這一重大科研成果以“Selective functionalization of methane, ethane, and higher alkanes by ceriumphotocatalysis”為題，于國際頂尖學術期刊《科學》（Science）上在線發表。

光促進甲烷轉化研究團隊合影（左起）：胡安華（共同第一作者）、左智偉（通訊作者）、潘輝（第二作者）、郭婧婧（共同第一作者）。