Quantum-Chemical Modelling of the Photocatalytic Response of Functionalized 2D Carbon Nitride Materials

Questo dottorato ha l’obiettivo di utilizzare la chimica computazionale, in particolare con l’approccio di Density Functional Theory (DFT), per chiarire meccanismi di due reazioni studiate in laboratorio a Trieste, in particolare una reazione di formazione di legame C–C tra l’1,3,5–trimetossibenzene e il nonafluoro–1–iodobutano e una reazione di formazione di legame C–N tra il 4–bromobenzoato di metile e la pirrolidina. Non solo vengono simulati i principali passaggi reattivi ma anche un’attenta costruzione di modelli teorici delle specie chimiche presenti sulla base dei dati sperimentali, in modo da ottenere strutture elettroniche e, in generale, informazioni sulle geometrie ottimizzate. Questi primi risultati di calcolo consentono di visualizzare gli orbitali molecolari dei modelli e le loro forme, nonché informazioni accessorie come densità elettronica, molteplicità di spin e carica globale dei modelli. Laddove necessario, sono state fatte ulteriori caratterizzazioni sperimentali, su cui in seguito sono stati sviluppati successivi calcoli teorici per cercare di simulare il dato ottenuto con le tecniche spettroscopiche. Poiché le reazioni studiate sono costituite da trasferimenti di elettrone allo stato eccitato grazie all’uso della luce, viene usato anche un corrispondente approccio teorico (Time-Dependent DFT, TD-DFT) agli stati eccitati per simulare i trasferimenti di carica, individuandone le energie degli stati computati, la visualizzazione delle lacune elettroniche e delle cariche associate ad ogni transizione e dei parametri numerici che ne indicano le probabilità di transizione. In questo modo, si ha prova della direzione verso cui evolve la transizione elettronica e quindi dell’accettore e del donatore elettronico.