郭彥炳教授團(tuán)隊(duì)在富炔鍵石墨炔基材料去除重金屬鉛離子領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展

華大在線訊（通訊員 戢鳳琴）近日，化學(xué)學(xué)院郭彥炳教授課題組在富炔鍵石墨炔基材料去除重金屬鉛離子方面取得了重要進(jìn)展，在國際科學(xué)界權(quán)威期刊《美國科學(xué)院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，簡稱PNAS）發(fā)表了題為“Ultra-high-efficiency capture of lead ions over acetylenic bond-rich graphdiyne adsorbent in aqueous solution”（PNAS,2023,120, 16）的研究成果。武漢工程大學(xué)2019級聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生謝雙磊與我校2019級博士研究生潘傳奇為論文共同第一作者，通訊作者為中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院毛雪飛研究員、武漢工程大學(xué)黎俊波教授和我校郭彥炳教授（最后通訊作者），第一完成單位為華中師范大學(xué)。

鉛（Pb）是一種有毒重金屬，可以通過各種暴露途徑進(jìn)入血液和骨骼，如食物、水、空氣、煙草和汽車尾氣等。據(jù)報(bào)道，至少有900萬噸鉛被排放到全球環(huán)境中，其中相當(dāng)一部分進(jìn)入水資源，并通過某些介質(zhì)逐漸進(jìn)入生物鏈。鉛在生物體中不可降解且可以在生物體內(nèi)累積，長期全身接觸鉛可能會導(dǎo)致高血壓、心臟病、中風(fēng)和慢性腎臟疾病。更值得關(guān)注的是，即使孕婦血液的鉛含量低于10 μg/L也可能會導(dǎo)致嬰兒流產(chǎn)、早產(chǎn)、出生體重低以及兒童發(fā)育遲緩等問題。因此，有效去除液體介質(zhì)中的鉛對保護(hù)環(huán)境安全和人類健康具有重要意義。

近年來，在國家自然科學(xué)基金委和湖北省杰出青年基金等資助下，郭彥炳課題組圍繞炔鍵調(diào)控表界面電子結(jié)構(gòu)在環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)行了深入探索。在國際上首次提出“sp-碳參與的氧活化”概念，并率先開展了系統(tǒng)研究。

氫化石墨炔去除水溶液及血液中鉛的示意圖

在此項(xiàng)工作中，郭彥炳教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合武漢工程大學(xué)黎俊波教授、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院毛雪飛研究員團(tuán)隊(duì)合作構(gòu)筑了具有獨(dú)特炔鍵及大六邊形孔結(jié)構(gòu)的氫化石墨炔（HsGDY），首次將其用于水相、含鉛血液中的鉛離子捕獲。研究發(fā)現(xiàn)HsGDY獨(dú)特的六邊形孔結(jié)構(gòu)和堆疊模式允許其在單位空間內(nèi)通過面內(nèi)側(cè)邊吸附構(gòu)型吸附更多的鉛，Pb 6s和H 1s軌道雜化促進(jìn)了吸附在HsGDY炔鍵上的鉛原子的強(qiáng)鍵合，有助于提高HsGDY吸附能力。基于以上結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，HsGDY表現(xiàn)出對鉛極高的吸附能力，最大吸附量為2390 mg/g，優(yōu)于目前已報(bào)道的鉛吸附材料。所開發(fā)的基于HsGDY的便攜式過濾器，可以處理1000 μg/L的含鉛水溶液達(dá)標(biāo)水量1000 mL，是商業(yè)活性炭顆粒性能的6.67倍。此外，HsGDY具有良好的生物相容性，對100 μg/L血鉛溶液表現(xiàn)出良好的去除效率，是GDY的1.7倍。

該研究工作揭示了富炔鍵石墨炔基材料高效去除鉛的分子機(jī)制，為合理設(shè)計(jì)和開發(fā)高效的在多介質(zhì)（水，土，氣等）中重金屬的吸附去除提供了新的研究思路。

（審讀人：肖文精 郭彥炳）