Kalium-Polyheptazinimid: Ein übergangsmetallfreier Festkçrper-Triplett-Sensibilisator in Kaskadenenergietransfer und [3+2]-Cycloadditionen

Polymere Kohlenstoffnitridmaterialien wurden erfolgreich in zahlreichen Anwendungen zur Umwandlung von Licht in Energie, die von der Photokatalyse bis zur Optoelektronik reichen, eingesetzt. Für eine neue Anwendung und Modellierung verfeinerten wir zunächst die Kristallstruktur von Kalium-Polyheptazinimid (K-PHI) – einem Referenz-Kohlenstoffnitridmaterial in der Photokatalyse – mithilfe von Röntgenpulverdiffraktometrie und Transmissionselektronenmikroskopie. Unter Verwendung der Kristallstruktur von K-PHI wurden periodische DFT-Berechnungen durchgeführt, um die Zustandsdichte zu berechnen und Intra-Banden-Zustände (IBS) zu lokalisieren. Es wurde festgestellt, dass IBS für die erhöhte Absorption von K-PHI im nahen IR-Bereich verantwortlich sind, als Elektronenfallen dienen und bei Energietransferreaktionen nützlich sind. Einmal mit sichtbarem Licht angeregt, können Kohlenstoffnitride neben der direkten Rekombination auch Intersystem Crossing vom Singulett- in den Triplett-Zustand durchlaufen. Wir nutzen die angeregten zentrierten Triplett-Zustände im K-PHI, um eine Kaskade von Energieübertragungsreaktionen auszulösen und im Gegenzug z.B. Singulett-Sauerstoff (¹O²), als Ausgangspunkt für die Synthese von bis zu 25 verschiedenen N-reichen Heterozyklen, zu sensibilisieren.