Porous organic polycarbene nanotrap for efficient and selective gold stripping from electronic waste

卡宾 吸附 X射线光电子能谱 材料科学 化学工程 多孔性 水溶液中的金属离子 金属 胶体金 密度泛函理论 纳米颗粒 化学 催化作用 纳米技术 有机化学 计算化学 冶金 工程类
作者
Xinghao Li,Yong‐Lei Wang,Jin Wen,Linlin Zheng,Cheng Qian,Zhonghua Cheng,Hongyu Zuo,Mingqing Yu,Jiayin Yuan,Rong Li,Weiyi Zhang,Yaozu Liao
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:70
标识
DOI:10.1038/s41467-023-35971-w
摘要

Abstract The role of N-heterocyclic carbene, a well-known reactive site, in chemical catalysis has long been studied. However, its unique binding and electron-donating properties have barely been explored in other research areas, such as metal capture. Herein, we report the design and preparation of a poly(ionic liquid)-derived porous organic polycarbene adsorbent with superior gold-capturing capability. With carbene sites in the porous network as the “nanotrap”, it exhibits an ultrahigh gold recovery capacity of 2.09 g/g. In-depth exploration of a complex metal ion environment in an electronic waste-extraction solution indicates that the polycarbene adsorbent possesses a significant gold recovery efficiency of 99.8%. X-ray photoelectron spectroscopy along with nuclear magnetic resonance spectroscopy reveals that the high performance of the polycarbene adsorbent results from the formation of robust metal-carbene bonds plus the ability to reduce nearby gold ions into nanoparticles. Density functional theory calculations indicate that energetically favourable multinuclear Au binding enhances adsorption as clusters. Life cycle assessment and cost analysis indicate that the synthesis of polycarbene adsorbents has potential for application in industrial-scale productions. These results reveal the potential to apply carbene chemistry to materials science and highlight porous organic polycarbene as a promising new material for precious metal recovery.
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