近日，我所农产品质量安全风险评估团队毛雪飞研究员与华中师范大学郭彦炳教授课题组和武汉工程大学黎俊波教授课题组合作，在氢化石墨炔材料去除重金属铅污染方面取得了重要进展，在国际科学界权威期刊《美国科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，简称PNAS）发表了题为“Ultra-high-efficiency capture of lead ions over acetylenic bond-rich graphdiyne adsorbent in aqueous solution”（PNAS,2023,120, 16）（2022年影响因子：12.779 ）的研究成果。
铅（Pb）是一种有毒重金属，可以通过各种暴露途径进入血液和骨骼，如食物、水、空气、烟草和汽车尾气等。据报道，至少有900万吨铅被排放到全球环境中，其中相当一部分进入水环境，并通过某些介质逐渐进入生物链。铅在生物体中不可降解且可以持久性累积，长期接触铅可能会导致高血压、心脏病、中风和慢性肾脏疾病。更值得关注的是，即使孕妇的血铅含量低于10 μg/L也可能会导致婴儿流产、早产、出生体重低以及儿童发育迟缓等问题。因此，有效去除环境水体和血液介质中的铅对保护环境质量和人类健康具有重要意义。
石墨炔作为一种新兴发展起来的全碳材料，其sp与sp2杂化态的成键方式决定了它独特的分子构型以及优异的物理化学特性。特别是石墨炔特有的炔键结构与金属离子有很强的相互作用，使得它在重金属研究领域有着广阔的应用前景。但目前石墨炔基材料在重金属方面的研究依旧较少，在相关领域中的应用还鲜有报道。
氢化石墨炔去除水溶液及血液中铅的示意图
在此项工作中，我所毛雪飞研究员课题组联合郭彦炳教授团队和武汉工程大学黎俊波教授团队，合作构筑了具有独特炔键及大六边形孔结构的氢化石墨炔（HsGDY），首次将其用于水体、血液中铅离子的高效捕获。研究发现HsGDY独特的六边形孔结构和堆叠模式，允许其在单位空间内通过面内侧边吸附构型吸附更多的铅，Pb 6s和H 1s轨道杂化促进了吸附在HsGDY炔键上铅原子的强键合，有助于提高HsGDY吸附能力。基于以上结构优势，HsGDY表现出对铅极高的特异性吸附能力，最大吸附量为2390 mg/g，优于目前已报道的铅吸附材料。所开发的基于HsGDY的便携式过滤器，可以处理1000 μg/L含铅水达到1000 mL，是商业活性炭颗粒性能的6.67倍。此外，HsGDY具有良好的生物相容性，对100 μg/L血铅表现出良好的去除效率，是普通石墨炔材料的1.7倍。
该研究工作揭示了富炔键石墨炔基材料高效去除铅的分子机制，为合理设计和开发高效的多介质（水、土、气等）重金属吸附和去除材料以及分析化学用高富集材料提供了新的思路。
武汉工程大学2019级联合培养硕士研究生谢双磊与华中师范大学2019级博士研究生潘传奇为论文共同第一作者，通讯作者为我所毛雪飞研究员、武汉工程大学黎俊波教授和华中师范大学郭彦炳教授（最后通讯作者）。
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