2026年4月11日，由中国、美国科研人员合作发现的新矿物研究成果获国际矿物学协会新矿物命名及分类委员会（IMA-CNMNC）正式批准，批准号IMA-2025-093。该矿物以著名德籍华裔地质学家刘光华教授的姓氏命名为“刘氏钙锰矿”（Georgeliuite），其理想化学式为Ca₂Mn³⁺₃O₂(AsO₄)₃(H₂O)₂·H₂O。

此项研究由江西应用科技学院谷湘平教授，美国亚利桑那大学杨和雄博士、核工业北京地质研究院邱林飞博士、范光研究员及美国学者R.Jenkins,R.Gibbsand R.Downs等合作完成。

复杂结构：罕见的“Kagomé网络”与氢键牢笼

刘氏钙锰矿发现于智利阿塔卡马地区的Jote银-钴-铜多金属矿，赋存于矿床氧化带裂隙中，晶体呈黑红色至深棕色、半透明的板状或片状集合体，尺寸为数百微米,单晶仅约5-20微米(如图1)。

图1 刘氏钙锰矿的标本图像

通过单晶X射线衍射分析，科学家确定了其独特的晶体结构：

·层状构造：该矿物属于砷铁钙矿族，其结构中存在由Mn³⁺O₆八面体构成的复杂层状单元[Mn³+O₆(AsO₄)₉]^12-，这些八面体共边连接，形成罕见的九元假三角环，Mn³⁺离子构成Kagomé网络——一种在几何阻挫磁性材料中备受关注的拓扑结构(如图2)。

·Jahn-Teller畸变：Mn³⁺离子（电子构型d⁴）表现出强烈的Jahn-Teller效应，导致八面体显著拉长，这种畸变常与磁电耦合效应相关。

·双功能层：矿物结构中，上述无机层通过钙多面体双层（部分配位水分子）和氢键网络连接。其中三分之二的水分子与钙配位，三分之一为“沸石型”水分子，位于层间空腔中。

研究还发现，该矿物的As5和As6位点存在明显的分裂（split site）现象，暗示结构具有一定的无序性和缺陷可调控性。

图2 刘氏钙锰矿中的Kagomé九元假三角环

环境意义：砷的天然稳定剂

刘氏钙锰矿的显著化学特征之一是其高砷含量（As₂O₅约46 wt%），并且砷以稳定的砷酸根（AsO₄³⁻）形式牢固结合于层状骨架中。

在矿山酸性排水或氧化带环境中，砷常以高毒性、高迁移性形式存在。而刘氏钙锰矿的形成，相当于将砷“锁定”在一个结构稳定的矿物相中，显著降低了其环境迁移能力。

这一发现为砷污染场地修复提供了新的矿物模拟对象：通过人工合成类似结构的材料，有望用于固化尾矿、土壤或水体中的砷离子，避免其进入生态系统。

材料科学前景：从矿物到功能材料

虽然刘氏钙锰矿作为天然矿物产量极微，但其晶体结构特征启发了几条重要的材料合成路径：

·磁性材料设计：Kagomé网络是研究自旋液体、几何阻挫磁性的重要结构平台。刘氏钙锰矿提供了一种罕见的、含Mn³⁺的Kagomé层状砷酸盐模型，有助于理解强关联电子体系中的量子行为。

·多孔与离子交换材料：层间沸石型水分子和氢键网络表明该结构具有离子交换潜力，可用于重金属离子吸附或放射性核素（如铀）的固定。

命名彰显华人地学贡献

新矿物被命名为“刘氏钙锰矿”，该矿物是是首个以华人科学家命名的具Kagomé网络结构的矿物，以此表彰德籍华裔地质学家、矿物收藏家与教育家刘光华教授（Prof.Guanghua George Liu）在地球科学、能源矿产开发和矿物文化传承方面的杰出贡献。刘光华博士曾长期在德国、美国、澳大利亚和中国从事沉积学、喜马拉雅地质、煤地质学及煤层气/页岩气研究，并致力于矿物遗产保护与高等教育。

下一步研究计划

研究团队表示，下一步将对刘氏钙锰矿的人工合成类似物进行系统研究，重点评估其在砷固化、离子交换和电化学储能方面的实际性能。同时，团队将利用原位表征手段，探索其层间水分子在温度或湿度变化下的结构响应行为。

刘氏钙锰矿的成功发现与命名，不仅是全球矿物学基础研究的一项重要突破，更为砷污染治理、新型功能材料设计提供了天然结构范本。这项跨国合作成果，既彰显了华人科学家在地球科学领域的重要贡献，也为环境修复与新材料研发开辟了全新方向，具有显著科学意义与应用前景。

审核/刘光华 李福全 吕亮亮