本研究使用廉价易得的电石与碳酸盐（碳酸钙、碳酸钠和碳酸氢钠）进行机械化学反应，制得了具有特异结构的氧掺杂炔基碳材料，并对其水体中的汞离子吸附性能进行了考察。结果显示，改类机械反应过程呈现出经济、高效、绿色的特征，并具有很好的实际可行性；制备所得含氧炔碳材料是一种特殊的交织炔碳纳米线并且兼具丰富的炔基和含氧官能团、发达的微介孔结构和较高的比表面积；此外，研究证实制备所得含氧炔碳材料具备优异的汞离子吸附性能。

图1. 制备所得含氧炔碳材料的SEM和HR-TEM图像。

从其SEM与TEM图像（图1）可以看出，OACM宏观呈现为非晶态形状的超细碳颗粒的聚集，且内部呈现为交织炔碳纳米线形态，侧面反映了该类炔碳材料是通过电石活化后的炔基与碳酸盐中的羰基进行亲核反应得来。同时，还可以观察到明显且发达的微介孔，表明该类炔碳材料具备较高的的孔隙率，是一种分级多孔炔碳材料，这将有利于其在重金属吸附领域中的应用。

图2. 制备所得含氧炔碳材料的孔结构及内部结构表征。

如图2所示，所得OACM的氮气吸脱附等温线均为IVa型并伴有明显的H₄滞后回路，且有明显的微孔N₂吸收，其比表面积最高可达693.1 m²/g；其孔径分布曲线也说明其属于具备发达孔隙结构的微介孔碳材料。其XRD图谱显示在25°和44°附近的两个典型的碳反射峰，印证了碳材料的基本属性。值得注意的是，其（002）反射是从15°到30°的广域宽峰，表明它们的低结晶度和高结构缺陷，这与HR-TEM观察结果一致。此外，拉曼光谱进一步印证了所得OACM的结构缺陷情况，侧面说明其含氧炔碳纳米线的团聚结构。

图3. 制备所得含氧炔碳材料的组成及碳杂化分析。

如图3所示，所得OACM的EDS、XPS及EA分析结果显示，该类炔碳材料的主要成分为C和O，而大量含氧官能团的引入会使得碳材料的亲水性得到提升，进而提升其在水体净化中的应用性能。同时，研究人员通过XPS窄谱对该类含氧炔碳材料中的碳杂化状态进行了分析，结果显示该类碳材料的基本碳骨架是炔基连接的含氧碳链结构。

图4. 机械化学制备含氧炔碳材料的机理分析。

基于对反应过程的考察和对生成OACM的组成结构表征，研究人员提出了机械化学制备含氧炔碳材料的反应机理（图4）：首先，CaC₂和碳酸盐的晶格结构被强烈的机械应力有效破坏，而超细CaC₂粉体可以看作是炔基和钙离子的等离子体，其中炔基具有较高表面能和反应活性的亲核基团，倾向于攻击碳酸盐带正电的C原子，形成炔基连接的中间体；随后，经过中间体的重排和亲核取代的持续进行，最终形成了具有三维结构的含氧炔碳材料。值得注意的是，该反应在机械化学条件下进行，以机械应力实现了对晶格态固体的高效活化，使得反应在较温和的条件下得以实现，规避了常规热力学手段必须使用高温活化的情况，突出显示了机械化学在该类反应及该类炔碳材料合成中的突出优势。

图5. 制备所得含氧炔碳材料的汞离子吸附性能考察。

如图5所示，研究人员对该类炔碳材料的重金属吸附性能进行了考察，具体包括吸附环境影响、吸附动力学、吸附热力学、吸附等温线、选择性、以及循环使用性。结果显示，汞离子在该类炔碳吸附剂上的吸附动力学符合拟二级模型，吸附等温线符合Langmuir模型，揭示了其化学吸附为主导的吸附行为，同时兼具很好的吸附选择性和循环使用性能。而其出色的重金属吸附性能主要归因于OACM中软碱性炔基对软酸性重金属离子的软硬酸碱络合效应，同时其中的含氧官能团进一步提升了其在水体中的吸附应用性能。

综上，本工作以廉价易得的电石和碳酸盐为原料，在室温下通过无溶剂的机械化学反应合成了功能性含氧炔碳材料。制备所得含氧炔碳材料是一种特殊的交织炔碳纳米线并兼具丰富的炔基和含氧官能团、发达的微介孔结构和较高的比表面积。由于炔基与Hg(II)或其他重金属离子之间存在软酸-软碱相互作用，所制备OACM对水体中汞离子表现持出色的吸附性能：动力学符合准二级模型，吸附热力学表现为快速、自发、熵驱动吸附过程，吸附等温线符合Langmuir模型，其饱和吸附量可达483.9 mg/g，且兼具良好的选择性和循环使用性。本研究扩展了CaC₂与碳酸盐的机械力化学反应，为新型功能化炔基碳材料提供了一种绿色环保的合成工艺，并为二氧化碳或碳酸盐的资源利用开辟了一条新的途径。

相关成果以“Mechanochemical synthesis of oxygenated alkynyl carbon materials with excellent Hg(II) adsorption performance from CaC₂ and carbonates”为题发表在Green Energy & Environment期刊，安徽工业大学李英杰博士为第一作者与共同通讯作者，北京化工大学李春喜教授为通讯作者。