拉曼光谱（图1a）与电化学分析（图1b, 1c）共同证实了材料功能的根本切换。经闪蒸焦耳热处理后，G-生物炭的碳原子有序度显著增加，电导率较原始生物炭提升了约2.6倍。与此同时，其表面含氧官能团大幅减少，导致电子储存能力（即“地电池”功能）反而有所下降。这一增一减清晰地勾勒出G-生物炭的新身份：一个放弃了部分储能能力、但换取了极高导电效率的“地导体”（图1d）。这种结构进化，为后续土壤中跨物种的电子快速输送奠定了物理基础。
图1 ： 生物炭与石墨化生物炭的结构与电化学特性演变。拉曼光谱显示石墨化程度加深，电导率大幅跃升，充放电时间缩短，证实材料功能由“储能”向“导电”切换。
微生物Fe(III)还原过程是后续氧化反应的“发动机”，图2证实了G-生物炭对该引擎的强化效果。灭菌对照实验（图2a）首先排除了纯化学作用，证明G-生物炭促Fe(II)生成的核心在于介导微生物代谢。在真实土壤体系中，G-生物炭使活性Fe(II)总量提升了18.9%（图2b）。更具价值的是，通过形态分级提取发现（图2c, 2d），G-生物炭主要促进的是“离子交换态”和“表面结合态”这类高反应活性Fe(II)的累积。这意味着G-生物炭不仅让Fe(II)变多了，更重要的是让它变得“更有效”了，为后续的·OH爆发式生成储备了充足的高能燃料。
图2 ： 氧化还原波动下稻田土壤中Fe(II)物种的转化规律。G-生物炭主要促进高活性Fe(II)形态的累积，且该过程严格依赖于土壤微生物活动。
G-生物炭的高导电性不仅改变了电子流向，更重塑了土壤微观生态（图3）。群落分析显示，G-生物炭提高了土壤细菌多样性，并定向富集了芽孢杆菌、厌氧粘细菌等关键Fe(III)还原菌属。其深层机制在于，高导电骨架如同一套植入土壤的“电路系统”，它将原本孤立的发酵菌与还原菌紧密连接，通过高效电子互养缓解了各自的代谢压力。图3e与3f的微生物共现网络进一步佐证了这一点：G-生物炭处理组的微生物间正向合作关系显著增强，网络结构更为紧凑。这表明，材料的地导体功能在物理层面促进了生物群落的协同共生。
图3： 石墨化生物炭重塑稻田土壤细菌群落。G-生物炭选择性富集了关键Fe(III)还原菌属，并强化了微生物群落间的正向互作网络。
图4构建了从微观电子传递到宏观污染物去除的完整因果链。在G-生物炭作用下，·OH累积浓度大幅提升54.9%（图4a），且其产量与氧化的Fe(II)含量呈显著正相关（图4b），确凿证明了G-生物炭通过强化生物还原为化学氧化供能的作用路径。淬灭实验（图4c）厘清了·OH的生成级联路径（O₂ → O₂⁻ → H₂O₂ → ·OH）。最终，这一系列增强的氧化能力转化为了卓越的修复效能：在120小时内，模型污染物磺胺甲噁唑（SMX）的降解率达到100%（图4d），远高于传统生物炭的79.8%与空白对照的46.3%。
图4： 羟基自由基生成机制与污染物降解效能。G-生物炭驱动Fe(II)氧化与·OH生成，实现磺胺甲噁唑的完全降解，效能远超传统生物炭。
该研究进一步评估了G-生物炭在不同类型稻田土壤（黑土、褐土、红土）中的普适性（图5）。结果显示，G-生物炭虽普遍有效，但增幅差异显著：在生物本底最活跃的黑土中，·OH产量增幅高达57.1%；而在相对贫瘠的红土中，增幅仅为14.5%。这一趋势与各土壤中活性Fe(II)含量及特征还原菌群丰度高度吻合。这揭示了一个重要结论：G-生物炭作为一种高效的“催化导线”，其效能并非凭空产生，而是高度依赖于土壤固有的“生物电量”。土壤自身的微生物群落越活跃，G-生物炭的增益效果就越显著。
图5： 石墨化生物炭在不同类型稻田土壤中的应用表现。材料对·OH的增益效果与土壤本底的微生物活力呈正相关，在黑土中效果最优。
