水钠锰矿是环境中广泛存在的层状氧化锰矿物,也是表生环境中最强的吸附剂和氧化剂之一。依据层结构对称特点,水钠锰矿分为六方和正交两种对称型。这种结构的差异极大的影响了它的活性以及改变了对环境中其他元素的作用。不同对称结构水钠锰矿往往存在形貌差异,并与结构一同影响着其矿物学特性、以及吸附和氧化等反应活性。因此在氧化锰矿物结构演化过程中,揭示晶体生长机制对深入理解其环境地球化学行为和作用有重要意义。在本研究中,通过合成δ-MnO₂,并与不同浓度的Mn(Ⅱ)在碱性条件下反应,在其形成过程中取样,实时捕获矿物转化过程中间产物,结合高分辨扫描电子显微镜(HRTEM),粉末X射线衍射(XRD),X射线吸收光谱(XAS)等技术,揭示定向组装晶体生长在其结构与形貌演化过程中的作用与机制。结果表明,δ-MnO₂在初始时为六方对称的层结构,在碱性环境通过与合适浓度的Mn(Ⅱ)反应向正交层对称型的水钠锰矿转化,同时Mn(Ⅱ)浓度和反应pH共同决定了其转化的程度和速率,并影响了它们的反应活性。在结构发生转化的同时,矿物形貌经历了"初级纳米片—次级纳米片—微米片"的多维方向的定向组装(OA)生长过程。在转化初期δ-MnO₂为弱结晶的堆积厚度为单层或几层、尺寸为几纳米的初级纳米片;随着反应的进行,初级纳米片沿边面"边对边"组装增宽,同时沿c轴方向初步增厚至数层,形成一百纳米以下大小的次级纳米片;然后该次级纳米片进一步沿边面进行"边对边"进行组装,并且同时也沿(001)面定向组装使片层增厚("面对面"OA),最终形成堆积厚度约20nm、尺寸达微米级的正交水钠锰矿微米片。