郭彥炳教授團隊在富炔鍵石墨炔基材料去除重金屬鉛離子領域取得了重要進展

華大在線訊（通訊員 戢鳳琴）近日，化學學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展，在國際科學界權威期刊《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，簡稱PNAS）發表了題為“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2019級聯合培養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，通訊作者為中國農業科學院毛雪飛研究員、武漢工程大學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。

鉛（Pb）是一種有毒重金屬，可以通過各種暴露途徑進入血液和骨骼，如食物、水、空氣、煙草和汽車尾氣等。據報道，至少有900萬噸鉛被排放到全球環境中，其中相當一部分進入水資源，并通過某些介質逐漸進入生物鏈。鉛在生物體中不可降解且可以在生物體內累積，長期全身接觸鉛可能會導致高血壓、心臟病、中風和慢性腎臟疾病。更值得關注的是，即使孕婦血液的鉛含量低于10 μg/L也可能會導致嬰兒流產、早產、出生體重低以及兒童發育遲緩等問題。因此，有效去除液體介質中的鉛對保護環境安全和人類健康具有重要意義。

近年來，在國家自然科學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控表界面電子結構在環境修復領域的應用進行了深入探索。在國際上首次提出“sp-碳參與的氧活化”概念，并率先開展了系統研究。

氫化石墨炔去除水溶液及血液中鉛的示意圖

在此項工作中，郭彥炳教授團隊聯合武漢工程大學黎俊波教授、中國農業科學院毛雪飛研究員團隊合作構筑了具有獨特炔鍵及大六邊形孔結構的氫化石墨炔（HsGDY），首次將其用于水相、含鉛血液中的鉛離子捕獲。研究發現HsGDY獨特的六邊形孔結構和堆疊模式允許其在單位空間內通過面內側邊吸附構型吸附更多的鉛，Pb 6s和H 1s軌道雜化促進了吸附在HsGDY炔鍵上的鉛原子的強鍵合，有助于提高HsGDY吸附能力。基于以上結構優勢，HsGDY表現出對鉛極高的吸附能力，最大吸附量為2390 mg/g，優于目前已報道的鉛吸附材料。所開發的基于HsGDY的便攜式過濾器，可以處理1000 μg/L的含鉛水溶液達標水量1000 mL，是商業活性炭顆粒性能的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制，為合理設計和開發高效的在多介質（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）