光催化水分解生產H₂已被認為是一種解決全球能源危機和環境問題的有效方法。在各種半導體光催化劑中，聚合物氮化碳(PCN)因其無毒性，優異的化學穩定性和簡便制備引起了極大的關注。然而，由于有限的可見光吸收和光生電子和空穴的嚴重復合，PCN的光催化效率仍不理想。為了增強PCN的可見光捕獲能力，已經采取了各種策略來通過提高價帶(VB)和/或減少導體帶(CB)邊緣位置來調控帶隙結構，包括元素摻雜、缺陷構建和結晶等。

但是，與原始PCN相比，具有較高VB和/或較低CB邊緣的窄帶隙PCN通常表現出較低的氧化還原能力。因此，擴展本征吸收邊與保持PCN的氧化還原能力之間的不可調和的關系，仍然是一個難以通過簡單的帶隙工程加以解決的難題。

基于此，哈爾濱工業大學于永生和楊微微等以聚合物氮化碳(PCN)為載體，構建了一個由等離子體金納米粒子(NPs)和具有不同功能的原子分散Pt單原子(PtSA)組成的混合共催化體系。

具體而言，首先在PCN (Au_2.5/PCN)上錨定分散良好、粒徑小于4 nm的金納米粒子，其中調整粒徑和金屬-載體相互作用可以大大提高金納米粒子作為助催化劑時的H₂析出活性。在420 nm處，Au_2.5/PCN的光催化H₂析出速率達到5.2 mmol g^?1 h^?1。隨后將PtSA摻入到Au_2.5/PCN混合物中，以進一步加速電荷轉移和光電子捕獲，特別是對于等離子體熱電子，提高了由LSPR效應驅動的光催化析H₂性能。

具有金納米粒子和PtSAs協同作用的PtSAs-Au_2.5/PCN在全可見光照射下表現出優異的光催化性能：該催化劑在可見光下的H₂析出速率為13.7 mmol g^?1 h^?1，在550 nm處的析出速率為264 μmmol g^?1 h^?1，明顯高于Au/PCN和PtSAs/PCN。

此外，研究人員還揭示了增強型光催化劑的光催化機理：PCN在短波光下被光激發產生光生電子，協同的Au NPs和PtSAs捕獲這些光電子用于H₂析出；而金納米粒子吸收相對長波長的光產生等離子體熱電子，這些熱電子可以跳過肖特基勢壘并迅速轉移到PtSAs中進行產氫。總的來說，這項工作為寬帶隙半導體與等離子體金屬結合應用于廣譜光催化能量轉換開辟了一條新的途徑。

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