广州大学《CEJ》：一种具有独特结构、吸附性能优异的碳材料！

价格低廉且稳定性高的碳材料是重金属废水处理领域的重要吸附材料之一。随着重金属废水排放量的增加，其排放标准也日趋严格，持续改善碳材料的吸附性能意义重大。

近期，广州大学蔡卫权教授课题组基于理论计算，提出了一种温和、快速的碳化方法制备具有独特N-、S-双掺杂结构且吸附性能优异的碳材料；相关研究成果以“Constructing the frustrated Lewis pairs within N,S-codoped carbon toreveal the role of adjacent heteroatom sites for highly effective removal of heavy metal ions”为题，在线发表于国际著名期刊《Chemical Engineering Journal》上。

文章链接：

https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.130153

杂原子掺杂策略常用于改善碳材料对废水中重金属离子的吸附性能。但是，相关理论研究指导的缺乏限制了该策略的应用和发展。为此，本研究首先使用理论计算，预测出短距离的N和S位点是N,S共掺杂碳具有比上述单一原子掺杂碳更高吸附容量的关键因素之一。受此启发，本研究随后提出了一种超快、低能耗的杂原子掺杂碳材料制备的新方法，实现了10s内从低共熔溶剂合成N,S共掺杂碳材料。得益于独特的双杂原子吸附位点，所制备的N,S共掺杂碳材料对有毒Cr(VI)污染物的吸附容量可达564.7 mg/g，显著高于单掺杂碳（396.2 mg/g）和纯碳（186.4 mg/g）的吸附容量。实验研究和进一步的理论计算表明，临近的双杂原子位点可以形成受阻路易斯酸碱对（FLP）。由于位点和离子间强化的电子转移效应，该类FLP型位点可显著促进Cr(VI)离子的吸附和还原。这项工作为具有优异重金属离子吸附性能碳基材料的设计和合成提供了借鉴，具有较高的学术价值和应用价值。

图1. N,S共掺杂高吸附性能碳材料的合成策略。

图2. (a) 不同Cr(VI)溶液初始pH时N,S共掺杂碳(NSC)和N掺杂碳(NC)对Cr(VI)吸附容量的影响；NSC, NC和纯碳(CC)的(b)吸附动力学曲线、(c) 吸附等温线及其Langmuir、Freundlich拟合曲线；(d) NSC和NC连续循环4次对Cr(VI)吸附去除率的影响。

图3.相邻N,S共掺杂碳强烈吸附水中污染物Cr(VI)离子示意图。

本文通讯作者蔡卫权教授曾入选教育部新世纪优秀人才，现为广州大学百人计划学术带头人，兼任广东省化工学会副理事长，其团队近年来围绕先进环境净化材料和吸附强化重整制氢在Chemical Engineering Journal, Chemical Engineering Science, Journal of Hazardous Materials, Journal of Cleaner Production, Journal of Materials Chemistry A和Industrial & Engineering Chemistry Research等重要期刊上发表多篇研究论文（包括ESI高被引论文7篇，热点论文1篇）。目前该团队诚招博士后，提供极具竞争力的待遇，共同推进水污染处理高效净化材料、化工废弃物的减排和高效综合利用等领域的研究工作。蔡卫权教授主页链接：

http://hhu.gzhu.edu.cn/info/1122/1897.htm

*感谢论文作者团队对本文的大力支持