聚噻吩-碳杂化纳米结构的界面电子耦合机制与催化性能调控研究

本研究通过密度泛函理论(DFT)和反应力场(ReaxFF)模拟，系统探究了聚噻吩(PT)与石墨烯、碳纳米管(CNTs)、富勒烯(C60)及碳纳米颗粒的界面相互作用。研究发现石墨烯-PT体系具有最优的π-π堆叠作用(-205.94 kJ/mol)和电荷离域效应，为设计高性能聚合物-碳复合材料提供了分子层面的理论指导，在光催化、电催化及分子电子器件领域具有重要应用价值。

　　

这项开创性研究采用材料计算模拟技术，深入解析了导电高分子聚噻吩(PT)与各类碳同素异形体之间的结构适配性与电子协同效应。通过量子力学层面的密度泛函理论(DFT)和反应力场(ReaxFF)双轨模拟策略，科研团队在Materials Studio平台上精准捕捉到PT链在不同碳基质表面的构象动力学特征。

令人振奋的是，石墨烯展现出惊人的界面亲和力，其与PT的相互作用能(-205.94 kJ/mol)远超碳纳米管(CNTs,-39.11 kJ/mol)、富勒烯(C₆₀,-25.29 kJ/mol)和碳纳米颗粒(-21.97 kJ/mol)。这种优势源于石墨烯完美的二维平面结构促进的π-π堆叠作用，使得电荷转移效率显著提升。研究还发现CNTs因其独特的管状限域效应，在电荷传输通道构建方面展现出特殊潜力。

这些发现为设计新一代"高分子-碳"杂化功能材料提供了黄金标准，特别是在需要精准调控界面电子结构的催化领域。当应用于光催化体系时，这种杂化结构可显著提升光生载流子分离效率；在电催化场景中，又能优化活性位点的电子供给能力。更令人期待的是，该研究建立的分子工程策略，为开发具有定制化电子性能的智能复合材料开辟了新路径。