碳氮化物太阳能收集：我们理解其机制吗？

利用阳光将水光催化裂解为分子氢与分子氧是太阳能转换的梦想反应。数十年来，过渡金属氧化物半导体与超分子有机金属结构作为太阳能水裂解光催化剂已被广泛探索。近来，由三嗪或七嗪结构单元构成的聚合物碳氮化物材料作为析氢光催化剂引起了相当关注。当前文献中普遍以自 1970 年代以来为半导体光电化学水裂解所建立的熟悉概念来讨论聚合物碳氮化物的析氢机制。我们在本展望中讨论碳氮化物光诱导水裂解的一种替代机制范式，其聚焦于芳香族 N-杂环在水环境中的光化学特性。研究表明，与 N-杂环氢键结合的水分子可通过两个简单的顺序光化学反应分解为氢与羟基自由基。该概念通过吡啶、三嗪与七嗪分别和水分子形成的氢键复合物的激发态反应路径及其能量剖面的第一性原理计算加以阐明。