基于原子模拟的聚合碳氮化物的结构与光学性质
材料科学
2022-08-05 v1 化学物理
摘要
详细理解聚合碳氮化物（PCN）材料的结构和光物理性质，对于推导未来材料优化策略以获得更理想的光学性质和更具光催化活性的材料至关重要。然而，合成PCN中广泛存在的结构基元使依赖明确模型的原子模拟变得复杂。通过杂化DFT研究，我们系统考察了PCN的形成能趋势和光学性质随维度的变化，从分子低聚物、周期性片层模型到堆叠晶体。考虑振动焓和熵贡献的热化学计算预测，包含类蜜瓜串结构、聚(七嗪酰亚胺)和g-C3N4基元的混合结构基元在典型合成条件下是稳定的。横向缩合程度以及堆叠可降低带隙，而材料的面外皱褶同时增加稳定性和光学带隙。本工作的关键结果是，计算表明即便强缩合PCN的小域也已产生有利的光学性质。该结果调和了文献中相互冲突的报道：即热力学有利的类蜜瓜基元带隙过大而与实验不符，而与实验带隙计算更吻合的g-C3N4结构又与PCN实测化学组成不一致。最后，我们提出了一个涵盖最重要结构基元且带隙约2.9 eV的碳氮化物材料新计算模型。
引用
@article{arxiv.2208.02582,
title = {Structure and optical properties of polymeric carbon nitrides from atomistic simulations},
author = {Changbin Im and Björn Kirchhoff and Igor Krivtsov and Dariusz Mitoraj and Radim Beranek and Timo Jacob},
journal= {arXiv preprint arXiv:2208.02582},
year = {2022}
}