于永生/杨微微NML：Pt单原子增强Au/PCN等离子体热电子捕获，实现广谱光催化析氢

光催化水分解生产H₂已被认为是一种解决全球能源危机和环境问题的有效方法。在各种半导体光催化剂中，聚合物氮化碳(PCN)因其无毒性，优异的化学稳定性和简便制备引起了极大的关注。然而，由于有限的可见光吸收和光生电子和空穴的严重复合，PCN的光催化效率仍不理想。为了增强PCN的可见光捕获能力，已经采取了各种策略来通过提高价带(VB)和/或减少导体带(CB)边缘位置来调控带隙结构，包括元素掺杂、缺陷构建和结晶等。

但是，与原始PCN相比，具有较高VB和/或较低CB边缘的窄带隙PCN通常表现出较低的氧化还原能力。因此，扩展本征吸收边与保持PCN的氧化还原能力之间的不可调和的关系，仍然是一个难以通过简单的带隙工程加以解决的难题。

基于此，哈尔滨工业大学于永生和杨微微等以聚合物氮化碳(PCN)为载体，构建了一个由等离子体金纳米粒子(NPs)和具有不同功能的原子分散Pt单原子(PtSA)组成的混合共催化体系。

具体而言，首先在PCN (Au_2.5/PCN)上锚定分散良好、粒径小于4 nm的金纳米粒子，其中调整粒径和金属-载体相互作用可以大大提高金纳米粒子作为助催化剂时的H₂析出活性。在420 nm处，Au_2.5/PCN的光催化H₂析出速率达到5.2 mmol g⁻¹ h⁻¹。随后将PtSA掺入到Au_2.5/PCN混合物中，以进一步加速电荷转移和光电子捕获，特别是对于等离子体热电子，提高了由LSPR效应驱动的光催化析H₂性能。

具有金纳米粒子和PtSAs协同作用的PtSAs-Au_2.5/PCN在全可见光照射下表现出优异的光催化性能：该催化剂在可见光下的H₂析出速率为13.7 mmol g⁻¹ h⁻¹，在550 nm处的析出速率为264 μmmol g⁻¹ h⁻¹，明显高于Au/PCN和PtSAs/PCN。

此外，研究人员还揭示了增强型光催化剂的光催化机理：PCN在短波光下被光激发产生光生电子，协同的Au NPs和PtSAs捕获这些光电子用于H₂析出；而金纳米粒子吸收相对长波长的光产生等离子体热电子，这些热电子可以跳过肖特基势垒并迅速转移到PtSAs中进行产氢。总的来说，这项工作为宽带隙半导体与等离子体金属结合应用于广谱光催化能量转换开辟了一条新的途径。

Improved Plasmonic Hot-Electron Capture in Au Nanoparticle/Polymeric Carbon Nitride by Pt Single Atoms for Broad-Spectrum Photocatalytic H₂ Evolution. Nano-Micro Letters, 2023. DOI: 10.1007/s40820-023-01098-2