酚类污染物会对水源造成污染,对人类健康和环境安全带来严重危害。由于缺乏成本低、性能优的吸附剂,完全清除水中有害酚类污染物一直是巨大挑战。为了开发一种能够完全去除对硝基苯酚污染物的新材料,课题组研究生郝召小用天然柠条纤维为原料,通过热-化学活化过程制备了原位氮掺杂的生物炭(无需引入额外氮源)。该生物炭比表面积大(1398.44 m2/g),吸附容量高(606.06 mg/g),对实际水中(海水、长江水和黄河水)的p-硝基酚的去除率高达99.99%,是迄今吸附效率最好的吸附剂。经济效益分析表明,这种生物炭成本低廉、效率高、对环境友好,可重复使用五次以上,性能优于市售活性炭。吸附机理分析结果表明,生物炭主要通过富电子功能基团(含氮基团、-COOH和-OH)、石墨炭和PNP之间的n-π和π-π电子给体-受体相互作用来捕获对硝基苯酚。密度泛函理论(DFT)计算证实,生物炭中的氮位点有助于增强其对PNP的吸附能力。这项研究为开发高性能、成本低的有机污染物吸附材料提供了新途径。研究成果以“Porous N-doped carbon converted from protein-rich shrub enables record-high removal of p-nitrophenol: Superior performance and mechanism”为题发表在Materials Today Sustainability期刊上。