【DFT+实验】向全军/乔梁/吕康乐Nat. Commun.：TCN/HCN中独特的S-型电荷迁移机制

由于缺乏合适的表征策略，理解电荷转移动力学和载流子分离途径还具有挑战性。基于此，电子科技大学向全军教授和乔梁教授、中南民族大学吕康乐教授等人报道了利用结晶三嗪/七嗪氮化碳同质结（TCN/HCN）作为模型系统来展示界面电子转移机制。在原位光发射过程中，表面双-金属助催化剂用作敏感探针，用于追踪界面光电子从三嗪相到七嗪相的S-型转移。光照下样品表面电位的变化证实了S-型电荷的动态转移。利用S-型电子转移的独特优点，TCN/HCN的CO₂光还原活性显著增强。

通过DFT计算，作者进一步研究了TCN与HCN之间的光生电子转移机理。TCN/HCN同质结的功函数为5.86 eV，层间距离为3.3 Å。同时，HCN的静电电位比TCN深，表明电子倾向于从HCN向TCN转移。

需注意，传统的理论计算只能模拟半导体上的静态电荷分布，模拟“暗态”环境的情况，因此不能直接用于分析光激发过程中光生载流子迁移的机理。

此外，Mulliken电荷分析揭示了TCN/HCN同质结在黑暗和照明环境下相反的电子转移途径。在黑暗条件下，HCN表面发生电子耗尽，而TCN表面出现电子富集，表明电子从HCN转移到TCN。在光照条件下，电子转移路径完全相反。TCN/HCN同质结的2D电荷密度差图也证实了这一点，支持了TCN/HCN界面上的光生电子遵循S-型转移机制。

Understanding the unique S-scheme charge migration in triazine/heptazine crystalline carbon nitride homojunction. Nat. Commun., 2023, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-023-39578-z.

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