铁锰矿物在自然界中分布广泛、种类繁多（如赤铁矿、针铁矿、水铁矿和菱锰矿、软锰矿、黑锰矿等）。由于锰和铁离子半径相似,在铁、锰矿物中普遍存在不同程度的铁锰类质同像替代现象。铁锰矿物作为表生地球化学过程中最为活跃的矿物类型,深度参与重金属的固定、有机污染物降解、微生物风化等环境过程。在这些环境过程中,矿物晶面作为环境物质接触和反应的场所,其类型和性质决定了矿物的表观反应性,类质同像替代对矿物晶面反应的影响也非常值得关注。因此,揭示矿物晶面的性质以及界面过程的微观机制,对于理解铁锰矿物在表生过程中的地球化学作用及其在环境工程中的应用潜力有着重要意义。本论文聚焦赤铁矿晶面的表界面反应性,针对矿物晶面催化效应和微生物作用机制进行了深入研究。通过赤铁矿晶面调控和锰代赤铁矿的合成,对比研究了赤铁矿不同晶面的物理化学性质和表面催化效应以及微生物还原锰代赤铁矿（001）和（012）晶面的反应差异性,深入探讨了矿物-微生物界面反应的微观机制,得到以下三方面的新认识。1、实现了片状赤铁矿和锰代赤铁矿的合成和形态调控,揭示了纳米片状赤铁矿的形成机制。通过改变反应体系p H、乙醇浓度、Fe3+与乙酸钠添加比例,片状赤铁矿的尺寸精确调控范围为120 nm～12μm、厚度为17～900 nm;所有片状赤铁矿的主要晶面均为（001）和（012）面,（001）和（012）面的暴露比例控制范围为8:1～1:1。片状赤铁矿的生长路径为:Fe3+离子-二线水铁矿-赤铁矿。锰替代对纳米片状赤铁矿形貌的影响较明显,锰替代含量低于7 mol%时赤铁矿仍能保持较好的片状形貌;锰含量高于7 mol%时赤铁矿开始向多面体转化。锰替代对微米尺寸赤铁矿形貌的影响较小,Mn含量接近10 mol%时仍然可以保持很好的片状形貌。2、赤铁矿的晶面类型和锰替代显著影响其光催化效应。实验结果显示:赤铁矿（001）面吸附亚甲基蓝的能力是（012）面的3倍,光催化速率是（012）面的15倍。大小相同的纳米片状赤铁矿和锰代赤铁矿的对比实验显示:锰代赤铁矿对亚甲基蓝的光催化降解效率是纯赤铁矿的5倍以上,锰的替代能够为赤铁矿光催化过程提供更羟基自由基,促进亚甲基蓝的降解。3、赤铁矿表面的微生物附着和还原性侵蚀具有晶面选择性,但赤铁矿中锰替代显著降低了这种晶面选择性,且呈现为锰优先溶出的元素选择性。Shewanella oneidensis MR-1铁还原菌与赤铁矿相互作用时会优先附着于赤铁矿（001）面,形成表面侵蚀坑,而（012）面的侵蚀现象较弱。但MR-1在锰代赤铁矿表面的附着和还原性侵蚀均不显晶面选择性,但表现出一定的元素选择性,优先还原并溶出锰元素,这与赤铁矿中Mn-O和Fe-O键的结构稳定性、铁锰的氧化还原电位不同有关,锰替代改变了微米片状赤铁矿的表面反应性,改变了微生物的还原方式与路径。综上所述,本文通过实验研究赤铁矿的晶面调控和晶面反应性,初步揭示了赤铁矿不同晶面和Mn替代的催化效应差异以及微生物-矿物相互作用过程中晶面选择性的现象和成因,这些研究发现为深入认识矿物表面反应性和微生物-矿物相互作用的动力学机制提供了新数据和新认识。