研究以西太平洋深海（>4000 m）锰结核为对象，贯通 CT、SEM、TEM 与原子尺度EELS证据，提出“水成—成岩—微生物介导”的协同演化模型，并揭示痕量Co、Ni在低结晶 Fe-Mn 基体中的原子级分散特征。

图. 深海锰结核演化模型示意图

研究首先揭示了锰结核鲜明的核-壳架构：低密度核心外包覆致密内层，最外侧则演化为高度多孔、连通的壳层。进一步的显微分析表明，生物成因碳酸钙壳体和铝硅酸盐碎屑并非被动杂质，而是早期异质成核与后续矿化的重要模板；围绕这些模板生长的Fe-Mn物质主要呈无定形或低结晶胶体网络，并夹杂少量纳米晶。原子尺度EELS将元素存在进一步推进到化学状态与局部赋存层面：Fe-Mn胶体区域中同时出现以Mn²⁺和Fe³⁺为主的信号，提示局部还原微环境、早期成岩过程或微生物代谢可能参与其中；与此同时，极弱但可分辨的Ni-L和Co-L边表明，Co、Ni并未形成易于识别的独立矿相，而是以高度分散的方式进入低结晶 Fe-Mn 网络。

在宏观孔隙梯度、微纳矿物组合和原子尺度价态证据的共同支撑下，团队提出“水成—成岩—微生物介导”的复合演化模型：早期暴露于富氧底层海水时，极慢的水成沉积塑造致密、富Co的内层；随后结核进入半埋藏或埋藏状态，富金属沉积物孔隙水驱动更快的成岩生长，形成疏松多孔、富 Ni 的外层；微生物活动则贯穿生长过程，通过催化金属离子氧化沉淀并提供生物矿化模板，参与结核结构的持续构筑。最后，团队提出了深海锰结核在能源存储以及转换方面的应用，为深海资源利用以及绿色开采提出了关键见解。

2026年8月12号相关研究成果以“Hydrogenetic-Diagenetic-Microbially Mediated” Assembly of Deep-Sea Nodules: Implications for Advanced Energy Storage and Conversion”为题发表于《Journal of Energy Chemistry》期刊，第一作者为吉林大学博士生姜周；通讯作者为吉林大学张伟教授和沈阳化工大学张跃宏博士。研究还得到沈阳有色金属研究院有限公司、招商局海洋装备研究院有限公司、中国科学院国家纳米科学中心等单位的共同支持。