纤铁矿是土壤中亚稳定态氧化铁之一,多存在于氧化还原交替的土壤中。纤铁矿的结构、形貌和表面特性与土壤中营养元素、重金属及有机污染物的存在形态、转化和归趋都密切相关。铝对氧化铁的同晶替代现象普遍存在于土壤中,铝对纤铁矿的结构、形貌、表面化学特性以及与营养元素(磷)之间的相互作用机制的影响都至关重要。本研究合成了不同铝替代量的纤铁矿,采用粉末X射线衍射分析(XRD)与Rietveld结构精修、同步辐射X射线吸收谱(XAS)、同步辐射X射线总散射的配对分布函数(PDF)、高分辨透射电镜(HRTEM)等技术手段,探究了铝对纤铁矿结构、形貌以及磷酸根的吸附动力学的影响。结果表明:由于Al～(3+)的离子半径小于Fe～(3+)0.535/0.645 A),当铝同晶替代纤铁矿中铁位点后,纤铁矿的晶胞发生了收缩,其中共角顶连接(c轴方向)的Me-Me(Me=Al,Fe)距离变短显著于共边(a轴方向);另一方面Al～(3+)的电负性低于Fe3+(1.499/1.687),铝使得纤铁矿八面体层之间作用力减弱(b轴方向),层间距变大;鉴于纤铁矿不同方向上的晶面原子密度变化,我们根据布拉维法则(Law of Bravais)证实了铝替代导致了纤铁矿的不同晶面生长速率不同,在形貌上则表现为板条状的纤铁矿变短、变薄;纤铁矿对磷酸根的最大吸附量与吸附动力学常数均随铝的替代量的增加而增加,其表面化学特性的变化机制则归结于铝同晶替代对纤铁矿暴露晶面比例的影响。这些结果为研究铝替代纤铁矿的局域结构和形态演化机制提供了新的思路,为纤铁矿在土壤中的表面反应活性和环境化学行为提供了重要信息。