原子级二维氮化碳（CNs）已经成为一种较有前景的太阳能转换材料。然而，由于（i）量子尺寸效应导致其带隙变大，从而使得太阳光的利用率大幅降低;（ii）超薄结构能够缩短载流子从体相迁移到表面的距离，但是发生催化反应比载流子迁移和复合慢得多，迁移到表面的载流子若不及时发生催化反应仍然面临着严重的复合风险。

近日，西安电子科技大学杨如森教授团队提出了通过将CNs先进行氟化后再在Se蒸汽中热退火实现了强的可见光吸收带。实验表征结合理论计算证实了氰基基团的形成和Se的原位掺杂使得氮化碳片的光吸收边从420扩展到了580 nm。更为重要的是，Se 的原位掺杂使得氮化碳片结构中出现了向下的电子自旋极化，从而提高了光生载流子的分离效率和表面催化反应。

具体而言，以3 wt％的Pt为助催化剂，在可见光照射下（>420 nm）, 具有自旋极化的Se-CNs光催化剂的可见光光催化水分解产氢速率高达5411.2 µmol h^-1 g^-1，为CNs的176.5倍。此外，与CNs相比，Se-CNs在可见光照射下诱导光催化水氧化以产生氧气的能力也得到了提升。

该成果以《Introducing spin polarization into atomically thin 2D carbon nitride sheets for greatly extended visible-light photocatalytic water splitting》为题发表在（Nano Energy, 83, 105783, 2021. IF：16.602）上。前沿交叉研究院青年教师王勇为论文第一作者，杨如森教授为论文通讯作者。以上研究得到了国家自然科学基金，陕西省自然科学基金，中央高校基本科研业务费等项目的资助。

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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.105783