界面质子偶联电子转移（PCET）反应对于操作多种能量转换技术至关重要，但是，目前人们对界面PCET的分子水平的了解有限。研究发现，在碳表面上，可以通过芳族吩嗪键将有机酸官能团与石墨边缘结合，从而引入界面PCET的设计位点。在这些带有有机酸部分的石墨共轭催化剂（GCCs）上，PCET由复杂的界面静电和电场梯度驱动，这些梯度很难通过实验进行探测。

近日，美国耶鲁大学Sharon Hammes-Schiffer报道了利用周期性密度泛函理论（DFT）来研究GCCs有机酸的电子结构以及相应的界面静电势和电场与施加电势的关系。

文章要点

1）研究人员开发了第一性原理建模策略，用于探索这些体系中恒定电极电势下的PCET热力学。并使用这种策略来计算GCC吩嗪桥和有机酸的质子耦合氧化还原电势，同时分析这些位点处的界面静电电势与PCET反应之间的关系。

2）研究人员将计算结果与先前通过循环伏安法（CV）实验测量的三种GCC有机酸的质子偶联氧化还原电势进行比较。此外，该计算方法还可以用于预测另外两种GCC有机酸的质子偶联氧化还原电势，然后通过实验进行验证。

3）该计算策略为缺乏在两种特定的GCC有机酸上PCET的实验观察结果提供了合理的解释。最重要的是，这些计算突出了连续共轭和牢固的电子耦合对于在酸性部位实现界面场驱动的PCET的重要性。

基于这类电催化剂的界面化学研究可用于加深人们对非均相催化剂和均相催化剂之间结合的理解，并进一步开发石墨上的分子活性位点作为自下而上的催化剂设计策略。

Robert E. Warburton, et al, Interfacial Field-Driven Proton-Coupled Electron Transfer at Graphite-Conjugated Organic Acids, J. Am. Chem. Soc., 2020

DOI: 10.1021/jacs.0c10632

https://dx.doi.org/10.1021/jacs.0c10632