Photoinduced Water–Heptazine Electron-Driven Proton Transfer: Perspective for Water Splitting with g-C3N4

激发态 分解水 化学 分子 圆锥交点 光化学 化学物理 电子转移 纳米技术 计算化学 材料科学 原子物理学 光催化 物理 催化作用 有机化学
作者
Naeem Ullah,Shunwei Chen,Yanling Zhao,Ruiqin Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (15): 4310-4316 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.9b01248
摘要

Heptazine-assembled polymeric carbon nitride (CN) materials have fascinated the research community as a photocatalyst for hydrogen evolution while less attention has been devoted to the mechanistic features of the host materials. Using excited-state nonadiabatic dynamics simulations, the molecular-level picture of the decomposition of heptazine hydrogen bonded to water molecule(s) (heptazine-water complex) into heptazinyl and hydroxyl biradical products is revealed. Dynamics simulations show that hydrogen detachment from the water molecule to the heptazine occurs within tens of femtoseconds and suggest that excited-state deactivation via N-H······O-H electron-driven proton transfer (EDPT) is the dominant and most relevant excited-state deactivation process in heptazine-water complexes leading to conical intersection. The observation of photorelaxation-induced water splitting by heptazine is proof of the water-splitting reaction principle, which presents further challenges for computational and experimental investigations of the deactivation of heptazinyl and OH biradical products for efficient hydrogen evolution.

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