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福州大學ACS Catalysis：PCN中π-π相互作用驅動的電荷分離和層間轉移

聚合物氮化碳（PCN）是光催化領域中研究得比較充分的非金屬催化劑，但PCN中電荷輸運的性質在微觀層面上還沒有完全揭示。基于此，福州大學林偉教授等人報道了結合密度泛函理論（DFT）和非絕熱動力學（NAMD）模擬，研究了層間相互作用對甜瓜光生載流子動態特性的影響。總體而言，層間π -π相互作用對熱電子的影響大于空穴，加速了塊狀PCN中電子的弛豫。在單層PCN和塊狀PCN中，電子和空穴具有相同的反鍵π鍵特性，從而驅動電荷的分離。

VASP解讀

作者研究了PBE和M06L泛函的價帶最大值（VBM）和導帶最小值（CBM）的空間電荷密度，兩種官能團表現出相似的電荷密度特征。散裝PCN的CBM和VBM定位在不同的七嗪單元上，而單層PCN的CBM和VBM定位在相同的七嗪單元上。在單層中，七嗪單元通過-NH基團和氫鍵連接，導致它們之間的耦合較弱，其中電荷可能定位在七嗪本身上。晶體軌道Hamilton居族（COHP）分析表明，其Frontier軌道具有相同的反鍵特征，在化學環境的變化過程中，其能級會同步波動。

在塊狀PCN中，由于層間π-π相互作用，不同的七嗪單元重疊模式導致HOMO和LUMO的能級不同。最終，CBM和VBM定位于不同的heptazine單元。此外，熱運動和波紋結構也會破壞單層和塊狀系統的對稱性，也會導致電荷分離。結果表明，由于層間相互作用和熱運動導致的對稱性破壞使得甜瓜中的七嗪單元形成供體-受體對，從而促進電荷的分離和轉移。

π-π Interaction-Driven Charge Separation and Interlayer Transfer in Polymeric Carbon Nitride. ACS Catal., 2023, DOI: 10.1021/acscatal.3c05079.

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