石墨烯中弹道输运的发现点燃了人们对二维（2D）材料的探索，目前已应用于电子和材料科学等领域。特别是二维π-共轭共价有机框架（COFs）由于其结构可调谐性广、比表面积大和众多的相关性质而备受关注。 最近加拿大麦吉尔大学，以三硝基TANG（trioxaazatriangulene）为前驱体，经钯催化加氢和芳香二醛缩聚的一锅二步反应合成了高结晶度和永久孔隙层状二维结构的黑晶（aza）三角烯基COF材料TANG-COF。刚性、富电子的TANG结构块产生强烈的π-电子相互作用，从而在可见光和近红外区（Eg≈1.2eV）很宽的范围内存在光吸收。TANG-COF的高HOMO能量（-4.8eV）使p掺杂变得非常容易，导致高达10-2S/cm的电导率和自旋浓度为10%的室温顺磁行为。   基于AMS-BAND的DFT-HSE06计算有助于确定结构的对称性约束以及TANG的分层结构，DFT计算预测了二维共价TANG网络的π堆叠产生的各向异性电荷输运。虽然单个2D聚合物层具有大的带隙（1.81ev），HOCO（0.28ev）和LUCO（约0ev）中存在少量色散，但其堆叠结构的带隙却很窄（0.80ev），并且沿π-堆叠方向出现了显著的带色散（HOCO为0.95ev）。在各向异性压缩COF颗粒实验证实了DFT的预测。 AMS-BAND使用STO基组，在二维、一维材料领域，在精度与效率方面均远超平面波方法，在不折损精度的前提下，杂化泛函的计算效率比平面波方法高一个量级。 Vellanki LakshmiCheng-Hao LiuMalakalapalli Rajeswara RaoYulan ChenYuan FangAfshin DadvandEhsan HamzehpoorYoko Sakai-OtsukaRobin S. SteinDmitrii F. Perepichka, A Two-Dimensional Poly(azatriangulene) Covalent Organic Framework with Semiconducting and Paramagnetic States, J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 2155−2160

聚氯乙烯是以氯乙烯单体为原料，通过自由基聚合反应合成的应用广、成本低、性能优异的聚合物。目前，活性炭负载HgCl2催化剂在工业乙炔加氢氯化制备氯乙烯中仍有应用，对用环境友好的无汞催化剂代替氯化汞催化剂，是绿色化学方向的迫切需求。为了寻找最佳钯催化剂替代，浙江工业大学工业催化研究所、环境学院与台州学院医药化工与材料工程学院联合研究，通过合成和分析从纳米颗粒、团簇到单原子位不同纳米结构的钯基催化剂，探索了负载型钯基催化剂用于乙炔氢氯化反应的活性位置和催化机理，如下图1 a所示： 研究表明，Pd单原子位点比Pd团簇（Pd/AC-R）或Pd纳米颗粒具有更高的活性和稳定性（图1c），吡啶氮有助于钯单原子位的催化活性（图1d）。采用密度泛函理论（DFT）和动力学分析相结合的方法，通过监测协同效应，进一步探讨了吡啶氮对提高催化活性的贡献。通过AMS-BAND进行DFT计算，清楚表明PdN2物种通过改善乙炔吸附，提高了催化效率（图2a）。在该位点，氯乙烯单体是由吸附在Pd位的C2H2与吸附在吡啶N位的HCl反应产生的，遵循Langmuir-Hinshelwood机理，Pd和吡啶N为双活性位（图2b）。   动力学研究表明，载体表面吡啶态N的大量存在促进了HCl在Pd周围的富集。这种富氯化氢策略，使得乙炔/氯化氢以1:1进料生产氯乙烯成为可能。 作者首次将钯单原子催化应用于乙炔加氢氯化反应，对化工行业具有重要的吸引力。值得一提的是，AMS中的BAND采用Slater基与数值基混合基组，非常擅长计算此类低维度体系，精度与效率均优于平面波方法。 参考文献： Wang B, Yue Y, Jin C, Lu J, Wang S, Yu L, Guo L, Li R, Hu Z-Ting, Pan Z, Zhao J, Li X, Hydrochlorination of Acetylene on Single-Atom Pd/N-Doped Carbon Catalysts: Importance of Pyridinic-N Synergism, Applied Catalysis B: Environmental (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2020.118944