有机光氧化剂驱动水氧化与析氢的理论视角

在本视角中，我们讨论了一种新颖的分解水情景，即氢键连接的发色团-水复合物中有机光氧化剂直接氧化水分子。与已确立的基于半导体的分解水情景相比，电子转移过程的距离从而从介观尺度减小到 {\AA}ngstr{\o}m 尺度，时间尺度从毫秒减小到飞秒，这抑制了竞争性的损失过程。该概念通过针对 heptazine-H2O 复合物的计算研究加以阐明。该复合物的激发态势能面已用 ab initio 电子结构方法表征，质子耦合电子转移动力学已用非绝热动力学模拟进行探索。heptazine 发色团的一个独特特征在于存在一个低能且异常长寿命的 1{\pi}{\pi}* 态，其中光子能量的可观部分可存储数百纳秒，并可用于水分子的氧化。计算揭示 heptazine 发色团的吸收光谱与光化学功能可通过化学取代被系统性裁剪。讨论了获取氢气的选项以及 OH 自由基高反应性所带来的问题。