Single‐Atom Pt Anchoring on Self‐Doped ZrO 2 @G‐C 3 N 4 Nanostructure Enables Efficient Photocatalytic Seawater Hydrogen Evolution
Source abstract
Abstract
ABSTRACT Solar light‐driven photocatalytic hydrogen generation from seawater can enable sustainable fuel conversion and contribute to decarbonizing energy systems. However, seawater photocatalysis still faces inherent efficiency bottlenecks that demand further exploration. This work develops grain‐like Zr 3+ ‐ZrO 2 and Pt single atom (Pt SA)‐modified step scheme (S‐scheme) Zr 3+ ‐ZrO 2 @g‐C 3 N 4 heterostructures for seawater hydrogen generation under visible‐light irradiation. Experimental results demonstrate that the synthesized Pt SA/Zr 3+ ‐ZrO 2 @g‐C 3 N 4 heterostructures markedly enhanced charge separation and substantially boosted seawater photocatalytic hydrogen production, due to synergistic Pt SA effects and S‐scheme electron transfer pathways. The Pt SA/Zr 3+ ‐ZrO 2 @g‐C 3 N 4 heterojunction achieved a maximum hydrogen evolution rate of approximately 15683.80 µmol g −1 , which was 4.68 times of Pt NPs/Zr 3+ ‐ZrO 2 @g‐C 3 N 4 heterojunction, 9.16 times of Pt NPs/g‐C 3 N 4 , and 1041.97 times of Pt NPs/Zr 3+ ‐ZrO 2 sample, and maintained a good photocatalytic hydrogen generation performance even after five photocatalytic hydrogen evolution cycles. Turnover number (TON) and turnover frequency (TOF) were approximately 105.19 and 35.06 h −1 , respectively. Finally, a plausible S‐scheme charge transfer mechanism of Pt SA/Zr 3+ ‐ZrO 2 @g‐C 3 N 4 heterojunction was suggested for hydrogen generation from seawater splitting.
Source: crossref · Quality: baseline
Research context
OpenAlex topics: Advanced Photocatalysis Techniques · Electrocatalysts for Energy Conversion · TiO2 Photocatalysis and Solar Cells
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
Affiliations
State Key Laboratory of Green Chemical Synthesis and Conversion, School of Energy Science and Technology Henan University Zhengzhou China
School of Science and Technology Hong Kong Metropolitan University Hong Kong China
Shenzhen Research Institute Hong Kong Metropolitan University Shenzhen China
Funding
Natural Science Foundation of Henan Province · National Natural Science Foundation of China
References (76)
Show source-provided references
1. 10.1002/adma.20190729610.1002/adma.201907296 ↗
2. 10.1016/j.jcis.2023.04.07810.1016/j.jcis.2023.04.078 ↗
3. 10.1016/j.ijhydene.2024.07.26210.1016/j.ijhydene.2024.07.262 ↗
4. 10.1016/j.cej.2020.12434610.1016/j.cej.2020.124346 ↗
5. 10.1016/j.apcatb.2024.12374310.1016/j.apcatb.2024.123743 ↗
6. 10.1016/j.cej.2024.14921310.1016/j.cej.2024.149213 ↗
7. 10.1016/j.apcatb.2024.12430010.1016/j.apcatb.2024.124300 ↗
8. 10.1007/s12274‐020‐2880‐z10.1007/s12274‐020‐2880‐z ↗
9. 10.1016/j.envres.2021.11116710.1016/j.envres.2021.111167 ↗
10. 10.1016/j.mseb.2023.11712710.1016/j.mseb.2023.117127 ↗
11. 10.1002/smll.20210344710.1002/smll.202103447 ↗
12. 10.1016/S1872‐2067(23)64514‐010.1016/S1872‐2067(23)64514‐0 ↗
13. 10.1016/j.jmst.2024.01.04810.1016/j.jmst.2024.01.048 ↗
14. 10.1016/j.apcatb.2020.11923210.1016/j.apcatb.2020.119232 ↗
15. 10.1016/j.apcatb.2017.08.07110.1016/j.apcatb.2017.08.071 ↗
16. 10.1016/j.jcis.2019.01.06910.1016/j.jcis.2019.01.069 ↗
17. 10.1016/j.apcatb.2017.03.05510.1016/j.apcatb.2017.03.055 ↗
18. 10.1016/j.cej.2025.16571310.1016/j.cej.2025.165713 ↗
19. 10.1016/j.cej.2023.14253010.1016/j.cej.2023.142530 ↗
20. 10.1002/adfm.20241860210.1002/adfm.202418602 ↗
21. 10.1002/anie.20180081710.1002/anie.201800817 ↗
22. 10.1002/anie.20190405810.1002/anie.201904058 ↗
23. 10.1002/cctc.20230032710.1002/cctc.202300327 ↗
24. 10.1016/j.electacta.2022.14012910.1016/j.electacta.2022.140129 ↗
25. 10.1002/anie.20191577410.1002/anie.201915774 ↗
26. 10.1002/adfm.20242205510.1002/adfm.202422055 ↗
27. 10.1002/adfm.20211112510.1002/adfm.202111125 ↗
28. 10.1016/j.materresbull.2022.11202910.1016/j.materresbull.2022.112029 ↗
29. 10.1016/j.cej.2024.15024310.1016/j.cej.2024.150243 ↗
30. 10.1016/j.cej.2021.13410110.1016/j.cej.2021.134101 ↗
31. 10.1016/j.apcatb.2020.11925410.1016/j.apcatb.2020.119254 ↗
32. 10.1039/C4TA04132A10.1039/C4TA04132A ↗
33. 10.1002/smll.20241138810.1002/smll.202411388 ↗
34. 10.1016/j.cej.2021.12988810.1016/j.cej.2021.129888 ↗
35. 10.1016/j.cej.2023.14848910.1016/j.cej.2023.148489 ↗
36. 10.1016/j.apcatb.2018.01.06710.1016/j.apcatb.2018.01.067 ↗
37. 10.1016/j.apcatb.2017.08.01810.1016/j.apcatb.2017.08.018 ↗
38. 10.1016/j.apcatb.2020.11873810.1016/j.apcatb.2020.118738 ↗
39. 10.1016/j.actamat.2023.11945710.1016/j.actamat.2023.119457 ↗
40. Highly Stable and Durable ZnIn2S4 Nanosheets Wrapped Oxygen Deficient Blue TiO2 (B) Catalyst for Selective CO2 Photoreduction into CO and CH4
41. 10.1016/j.cej.2020.12635410.1016/j.cej.2020.126354 ↗
42. 10.1016/j.apsusc.2018.09.06110.1016/j.apsusc.2018.09.061 ↗
43. 10.1038/s41467‐021‐23306‐610.1038/s41467‐021‐23306‐6 ↗
44. 10.1002/anie.20251539710.1002/anie.202515397 ↗
45. 10.1002/adma.20200332710.1002/adma.202003327 ↗
46. 10.1016/j.cej.2025.16337810.1016/j.cej.2025.163378 ↗
47. 10.1016/j.enconman.2023.11794110.1016/j.enconman.2023.117941 ↗
48. 10.1016/j.molstruc.2024.13757610.1016/j.molstruc.2024.137576 ↗
49. 10.1016/j.jechem.2024.01.04110.1016/j.jechem.2024.01.041 ↗
50. 10.1002/solr.20210001610.1002/solr.202100016 ↗
51. 10.1016/j.jphotochem.2020.11291910.1016/j.jphotochem.2020.112919 ↗
52. 10.1039/D2TA08789H10.1039/D2TA08789H ↗
53. 10.1002/cssc.20180181910.1002/cssc.201801819 ↗
54. 10.1021/acsomega.1c0608910.1021/acsomega.1c06089 ↗
55. 10.1016/j.ijhydene.2024.08.51610.1016/j.ijhydene.2024.08.516 ↗
56. 10.1002/adfm.20221071710.1002/adfm.202210717 ↗
57. 10.1016/j.apsusc.2025.16297010.1016/j.apsusc.2025.162970 ↗
58. 10.1021/acsami.4c1173210.1021/acsami.4c11732 ↗
59. 10.1021/acs.inorgchem.3c0212610.1021/acs.inorgchem.3c02126 ↗
60. 10.1021/acsami.7b0840710.1021/acsami.7b08407 ↗
61. 10.1016/j.cej.2021.13319810.1016/j.cej.2021.133198 ↗
62. 10.1021/acscatal.6b0207610.1021/acscatal.6b02076 ↗
63. 10.1007/s42114‐025‐01500‐010.1007/s42114‐025‐01500‐0 ↗
64. 10.1016/j.jtice.2018.12.02110.1016/j.jtice.2018.12.021 ↗
65. 10.1016/j.jcis.2020.03.03010.1016/j.jcis.2020.03.030 ↗
66. 10.1002/adfm.20240279710.1002/adfm.202402797 ↗
67. 10.1016/j.apcatb.2025.12528810.1016/j.apcatb.2025.125288 ↗
68. 10.1016/S1872‐2067(24)60247‐010.1016/S1872‐2067(24)60247‐0 ↗
69. 10.1016/j.cej.2021.12855510.1016/j.cej.2021.128555 ↗
70. 10.3866/PKU.WHXB20240300510.3866/PKU.WHXB202403005 ↗
71. 10.1016/j.apcatb.2019.11778110.1016/j.apcatb.2019.117781 ↗
72. 10.1016/j.mcat.2025.11520410.1016/j.mcat.2025.115204 ↗
73. 10.1016/j.cej.2024.15471110.1016/j.cej.2024.154711 ↗
74. 10.1002/advs.20230543910.1002/advs.202305439 ↗
75. 10.1002/advs.20240377110.1002/advs.202403771 ↗
76. 10.1002/smll.20250531510.1002/smll.202505315 ↗