碘调控的铂单原子桥联石墨相氮化碳纳米片用于高效光催化析氢

研究人员通过球磨-煅烧联用策略，构建了碘掺杂石墨相氮化碳(g-C3N4)层间限域铂单原子的光催化剂。该设计解决了碱性析氢反应(HER)中Volmer步骤水分子解离缓慢、Pt-H相互作用过强导致H2脱附受阻等难题。实验表明层间Pt单原子可实现光生电子的快速层间传输，碘掺杂不仅增强材料光吸收和导电性，更通过调控Pt单原子电子态促进水解离和H2脱附，最终实现18.71 mmol g?1 h?1的创纪录产氢速率，在海水环境中仍保持10.66 mmol g?1 h?1的高活性。

　　

这项突破性研究展示了如何通过碘原子巧妙调控铂(Pt)单原子的电子结构，在石墨相氮化碳(g-C₃N₄)的层间搭建起高效电子高速公路。就像在纳米尺度安装了分子级变压器，碘掺杂不仅让材料的光捕获能力显著提升，更关键的是改变了层间Pt单原子的氧化状态——就像给催化剂装上了双重加速器：一方面促进水分子解离(Volmer步骤)，另一方面优化氢中间体吸附能，让H₂分子像坐滑梯般轻松脱附。这种"原子级装修"工程使得光生电子能在层间自由穿梭，最终在420纳米光照下实现36.93%的量子效率。更令人振奋的是，该催化剂在模拟海水环境中仍保持强劲性能，为未来开发海水直接制氢技术提供了新思路。