石建英/苏通明ACB：从“π-共轭扩展”到“浅陷阱态驱动”新范式

本文探讨了光催化材料中一个被长期忽视的机制。传统认知认为，通过碳掺杂扩展π-共轭网络以拓宽可见光吸收范围，能直接提升催化效率。然而，中山大学石建英教授团队与广西大学苏通明团队合作的研究发现，真正起作用的是一种“浅陷阱态介导的电荷分离机制”。研究背景在于，许多实验中虽然吸收光谱变宽，但催化性能并未同步提升，尤其在长波长区域。研究目的是揭示这一悖论背后的真实机理。通过热聚合实现碳对七嗪环中氮位点的精准取代，利用XPS、¹³C NMR和FT-IR验证了碳嵌入骨架。实验发现，碳掺杂样品出现显著吸收红移与Urbach尾，本征荧光被猝灭并出现新的浅陷阱态发射（束缚能仅29 meV）。飞秒瞬态吸收和变温荧光等动力学分析表明，浅陷阱态促进了电荷分离，延长了电荷寿命，并加速了界面转移。密度泛函理论计算显示碳取代主要通过导带底刚性下移缩小带隙。结论是，将传统的深能级缺陷转化为可控的浅陷阱，是实现聚合物光催化性能倍增的新范式。该设计理念不仅适用于氮化碳体系，也为其他聚合物光催化剂提供了理性设计的新思路。