Parallel Interface Engineering of Single‐Atom Pt/G‐C 3 N 4 and Selenoviologen for Durable Photocatalysis via Efficient Directional Electron Flow

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作者
Zhaoguang Zhang,Chenjing Liu,Jiayao Sha,Yuxiang Zhang,Yujing Gao,Cui Yi,Yawen Li,Ni Yan,Guoping Li,Gang He
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:: e5232119-e5232119
标识
DOI:10.1002/anie.5232119
摘要

Photocatalysis offers a sustainable route for clean energy conversion, yet its efficiency is frequently constrained by uncontrolled charge-carrier recombination and sluggish interfacial electron transfer. Here, we address this challenge by constructing a parallel photocatalytic interface through the dual covalent binding of selenoviologen electron mediators to defective g-C3N4 which is anchored with single-atom Pt. This architecture forms a highly stable "electron overpass" that directs electron flow with exceptional efficiency. Ultrafast spectra and DFT calculations confirm that this overpass channels electrons from both photoexcited g-C3N4 and selenoviologen radical intermediates directly to the Pt catalytic sites. The system achieves a forward electron transfer rate of 0.043 L·g-1·s-1, four times that of the single covalent binding control, and extends the charge carrier lifetime to 7998.8 ps. As a result, the photocatalyst delivers a remarkable hydrogen evolution rate of 3231.9 µmol·h-1g-1, while the concurrent anaerobic oxidation of benzylamine proceeds at 1390.6 µmol·h-1g-1. Crucially, the dual covalent binding affords outstanding durability, retaining 92% of the initial activity after six 24 h cycles, a nearly tenfold improvement over the conventional system. This work establishes parallel interface engineering as a general paradigm for directing electron flow, paving the way for advanced solar fuel production and artificial photosynthesis.
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